[发明专利]一种合成孔径雷达自适应FFBP成像方法

说明书

本发明提出一种合成孔径雷达自适应FFBP成像方法，解决了现有FFBP成像方法计算效率较低的问题。其实现步骤为：(1)对合成孔径雷达的回波信号进行距离向匹配滤波；(2)获取子孔径图像；(3)对子孔径图像进行多次基二融合；(4)对融合后的第一幅子孔径图像进行目标检测；(5)获取其余子孔径图像中目标像素点坐标；(5)对所有子孔径图像自适应插值；(7)对插值后的所有子孔径图像进行一次基二融合；(8)将前级子孔径图像中目标像素点坐标传递至本级；(9)重复步骤(5)至(8)，最终形成一幅全孔径SAR图像。本发明成像过程中，保留目标像素点并剔除杂波背景，减少了数据量并降低了插值次数，提高了计算效率。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及一种适用于SAR在前侧视模式下的自适应FFBP成像方法，可用于高速平台的实时探测与成像。

背景技术

传统的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)通常为正侧视模式。然而，在现实众多应用中要求雷达具有前侧视成像能力，如导航、自主着陆与地面滑行导引等。因此，雷达前侧视成像技术具有重要的应用价值。但是，在高分辨前侧视SAR成像中，目标距离向与方位向之间的耦合效应要比低分辨正侧视模式严重的多，这对SAR成像算法的聚焦性能提出了挑战。随着SAR技术的发展，研究人员提出了多种成像算法。总体来说，可将这些成像算法分为两类：频域算法和时域算法。

频域算法通过对距离和方位之间的耦合进行校正，实现了距离维和方位维之间的二维分维处理，实现简单，成像效率高。然而频域算法在校正距离和方位之间的耦合时进行了许多近似，这些近似条件通常对SAR参数较为敏感，如波长、带宽、斜视角、孔径长度等。所以，频域成像算法在高分辨前侧视SAR系统中的应用受限。

目前，典型的时域算法为标准后向投影(Back-Projection Algorithm,BP)算法。BP算法的本质是天线相位阵列沿特定方向进行波束形成，通过沿斜距历程的积分实现成像网格上各像素点能量的积累。BP算法理想地解决了距离方位耦合问题，适用于前侧视或非线性航迹等复杂成像几何下的图像重建。然而BP算法的计算复杂度高达O(N³)，成像效率低。为提高时域成像效率，文献“Synthetic aperture radar processing using fastfactorized back-projection.IEEE Transactions on Aerospace and ElectronicSystems,vol.39,no.3,pp.760-776,Jul.2003.”提出了快速分解后向投影(FastFactorized Back-Projection,FFBP)成像方法。具体来讲，FFBP成像方法先将合成孔径雷达的全孔径均匀分割为若干个子孔径，子孔径数目为2的整数次幂，将每个子孔径数据投影至相应的极坐标系，形成子孔径图像，再对所有子孔径图像进行多次基二融合，在每次图像融合过程中都要对子孔径图像进行逐像素点插值，直到最终融合成一幅全孔径SAR图像。FFBP成像方法通过孔径分割将计算复杂度降低为O(N²log₂N)，能够应用于前侧视SAR成像系统。但其存在的缺陷是在进行子孔径图像融合时执行逐像素点插值和积累，数据量大，计算效率仍然难以满足实时探测的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出了一种基于目标检测的自适应FFBP成像方法，用于解决现有FFBP成像方法中存在的计算效率较低的技术问题。

本发明的技术思路是：在自适应FFBP成像过程中，子孔径图像经过多次基二融合后形成高分辨子孔径图像，对高分辨子孔径图像进行目标检测，输出目标像素点坐标；然后只对目标像素点进行插值和积累，杂波像素点置零，对插值后的高分辨子孔径图像再进行多次基二融合直到最终形成一幅全孔径SAR图像。具体实现步骤包括：

(1)对合成孔径雷达的回波信号进行距离向匹配滤波：