[发明专利]基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法

说明书

本发明涉及一种基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法，包括：利用三维速度和三维加速度构造曲线运动轨迹模式下的斜距历程表达式；对构造的斜距历程表达式进行多项式展开，保留到四阶；将斜距对应的SAR回波信号变换到二维频域得到二维频谱；利用Legendre正交多项式对所述二维频谱关于距离向频率进行展开，保留到三阶；依据基于Legendre展开的二维频谱进行相位补偿，并完成距离徙动校正和距离向聚焦；在距离‑多普勒域进行方位压缩，变换到二维时域得到聚焦图像。本发明能够解决场景边缘处的目标成像模糊问题。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理领域，特别涉及一种基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法。

背景技术

随着雷达成像技术的飞速发展，为了满足不同方面的应用需求，曲线运动轨迹SAR的研究具有重大意义。其不同于传统SAR载体的匀速直线运动，三维立体空间给曲线运动轨迹的SAR带来了更多复杂控制条件和应用需求。其成像区域选择更加灵活多变，应用需求更加自主化和机动化，并且合成孔径时间达到了百秒量级。曲线运动使斜距历程更加复杂，增加了SAR信号处理的难度。

已有文献提出了曲线运动轨迹SAR的信号处理方法。例如，Cheng Hu等研究的地球同步SAR曲线轨迹模型将斜距进行泰勒展开到三阶，但是当远离0时刻展开点时，斜距误差引起的多普勒相位误差增大，影响二维频谱的精确性。L.Huang等提出了改进的双曲距离方程、M.Bao等改进的双曲距离方程、Z.Li等改进的距离模型和P.Wang等改进的等效斜视距离模型。它们虽然简化了代数方程，但降低了精确度。P.Wang只考虑沿前视向的加速度，忽略其他方向的加速度，这影响了具有三维加速度曲线轨迹的距离模型的精确度。唐世阳等提出基于Taylor二阶插值的改进的KT算法。上述文献中的算法处理基础都是根据传递函数相位分量按照距离向频率二阶泰勒级数近似。由于传递函数相位的泰勒近似一般在距离向频率为零的邻域内得出的，所以相位误差和距离向频率的阶数有必然关系。当距离向频率远离零赫兹时，相位误差变大，处于场景边缘处的目标成像模糊。

基于上述存在的问题，克服该现有方法所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种解决场景边缘处的目标成像模糊问题的基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法，包括：

利用三维速度和三维加速度构造曲线运动轨迹模式下的斜距历程表达式；

对构造的斜距历程表达式进行多项式展开，保留到四阶；

将斜距对应的SAR回波信号变换到二维频域得到二维频谱；

利用Legendre正交多项式对所述二维频谱关于距离向频率进行展开，保留到三阶；

依据基于Legendre展开的二维频谱进行相位补偿，并完成距离徙动校正和距离向聚焦；

在距离-多普勒域进行方位压缩，变换到二维时域得到聚焦图像。

优选的，利用三维速度和三维加速度构造曲线运动轨迹模式下的斜距历程表达式步骤中，所述斜距历程表达式表示如下：

其中，v_x、v_y和v_z是平台的三维速度，a_x、a_y和a_z是三维加速度，(X_s,Y_s,0)是目标位置，H_s是雷达的初始飞行高度，t_ν是方位向时间。