[发明专利]基于球面波分解的ArcSAR极坐标格式成像方法

说明书

本申请涉及一种基于球面波分解的ArcSAR极坐标格式成像方法，包括：将回波的球面波信号表示为平面波积分形式；构造扫描角度方向的滤波器，沿角度方向对信号进行滤波；对滤波后的信号进行极坐标转直角坐标插值；对插值后的信号进行二维逆傅里叶变换，得到聚焦结果。本申请的方法具有理论上残余误差保留最少、对于近远距目标成像都适用的优点；本申请的方法时间效率远高于BP算法，在近距场景下的性能优于RD算法。

技术领域

本申请涉及大视场观测能力的地基合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种基于球面波分解的ArcSAR极坐标格式成像方法。

背景技术

GB-SAR采用了合成孔径雷达成像原理，其系统平台被静止地放置于地面，可以主动对被观测区域发射雷达信号并进行接收，利用接收到的回波信号通常可实现几公里范围内场景成像。GB-SAR系统分为两类：直线轨道系统和圆弧轨道系统。基于圆弧轨道的GB-SAR系统称为ArcSAR。

已公开的ArcSAR成像算法可以分为三类。第一类是后向投影(BP)算法，基本原理是在二维时域中根据弧线轨道相干叠加距离向压缩后的回波信号。 BP算法的特点是逐点进行相干积累，适应各种复杂的斜距几何。但是，正是由于逐点相干累积处理，在大视场、远距离及高分辨率条件下，需要处理的场景网格点数会变得非常巨大，从而导致BP算法执行效率过低。第二类是距离多普勒算法，基本原理是距离向采用脉冲压缩进行聚焦，方位向变换到频域，在距离多普勒域通过距离徙动校正消除距离向和方位向耦合，通常推导过程中，斜距都会近似为旋转角度的二阶项。由于该算法存在斜距近似，近距目标通常不能得到很好的聚焦(近距范围根据不同系统参数而定)，此外残余距离空变误差无法去除。第三类算法是二维频域算法，首先将回波信号变换到二维频域，然后通过非线性映射消除旋转方向与距离方向的耦合。但是由于二维频域相位中仍然存在目标斜距项，该算法只能采取对于不同斜距位置的目标分别进行Stolt插值的处理，这势必造成Stolt插值过程重复计算，极大降低了处理效率。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于球面波分解的ArcSAR极坐标格式成像方法。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于球面波分解的ArcSAR极坐标格式成像方法，包括：

将回波的球面波信号表示为平面波积分形式；

构造扫描角度方向的滤波器，沿角度方向对信号进行滤波；

对滤波后的信号进行极坐标转直角坐标插值；

对插值后的信号进行二维逆傅里叶变换，得到聚焦结果。

进一步地，所述方法还包括：

将回波信号去斜后得到信号模型表达式；

构造补偿函数，消除信号模型表达式中的调制项。

进一步地，所述信号模型表达式为：

其中，r_c是去斜时使用的参考斜距，θ是雷达旋转角度，K是距离向波数。

进一步地，所述补偿函数为s₁＝exp{j[-2πK·r_c]}；

所述消除信号模型表达式中的调制项，包括：

将信号模型表达式与补偿函数相乘，得到

进一步地，所述将回波的球面波信号表示为平面波积分形式，包括：

根据公式

将球面波信号表示为