[发明专利]一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法

权利要求书

1.一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用搭载于高机动平台的TOPS SAR系统发射线性调频脉冲信号，利用搭载于高机动平台的TOPS SAR系统接收目标区域散射形成的回波信号；雷达接收机对回波信号进行解调处理，生成解调后的基带回波信号ss(R,X；R_S)；其中，R为距离向位置变量、X为方位向位置变量、R_S为场景中心斜距；

步骤2，对所述解调后的基带回波信号ss(R,X；R_S)执行距离向匹配滤波处理，得到距离向匹配滤波信号Ss_PC(K_r,X；R_S)；其中，为距离向波数域变量，π表示圆周率，表示距离向频域变量，f_s表示采样率，f_c表示雷达系统的载波频率，c表示光速；

步骤2具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，采用驻定相位原理和级数反演法，对所述解调后的基带回波信号ss(R,X；R_S)执行距离向傅里叶变换，得到距离向傅里叶变换回波信号Ss(K_r,X；R_S)；具体为如下：

将解调后的基带回波信号ss(R,X；R_S)与傅里叶变换的旋转因子exp{-jK_rR}相乘，并提取出结果中的相位：

其中，R_real表示数据录取过程中，雷达经历的真实斜距历程；γ表示雷达发射信号的调频率

根据驻定相位原理，对相位Φ(R,K_r)关于变量R求偏导，并将求导结果置零，得到等式

对上述等式执行级数反演法，将反解出来的距离位置域变量表达式代入相位Φ(R,K_r)中，得到距离向傅里叶变换回波信号Ss(K_r,X；R_S)：

其中，w_a(X)表示方位向位置域窗函数，K_rc表示距离向波数域变量K_r的中心值

子步骤2.2，在距离波数-方位位置域构造距离向匹配滤波函数采用距离向匹配滤波函数f_PC(K_r)对所述距离向傅里叶变换回波信号Ss(K_r,X；R_S)执行距离向匹配滤波处理，得到距离向匹配滤波信号Ss_PC(K_r,X；R_S)：

Ss_PC(K_r,X；R_S)＝W_r(K_r)w_a(X)exp{-jK_rR_real}

其中，W_r(K_r)表示距离波数域窗函数；

步骤3，结合高机动平台的三维加速度信息及运动误差，在距离波数-方位时间域内构造统一加速度补偿函数f_ACC(K_r,t_a)；其中，t_a为方位向慢时间变量；将所述距离向匹配滤波信号Ss_PC(K_r,X；R_S)与所述统一加速度补偿函数f_ACC(K_r,t_a)相乘，得到统一加速度补偿信号Ss_ACC(K_r,X；R_S)；

步骤4，结合TOPS SAR系统的中心斜视角θ_c信息，在距离波数-方位位置域构造正视逼近函数f_SQ(K_r,t_a)；将所述统一加速度补偿信号Ss_ACC(K_r,X；R_S)与所述正视逼近函数f_SQ(K_r,t_a)相乘，得到正视逼近处理后的回波信号Ss_SQ(K_r,X；R_S)；

步骤5，构造一组变量代换关系：R′_S＝R_S+x_n sinθ_c和K_x,R＝K_x+K_r sinθ_c，其中，x_n表示方位向空变量，表示初始的方位向波数域变量，f_a表示方位向频域变量，v_e表示和速度；对Ss_SQ(K_r,X；R_S)执行上述变量代换操作，得到能够反应地面场景点目标真实位置的回波信号Ss_P(K_r,X；R′_S)；

步骤6，结合TOPS SAR系统的波束扫描情况，构造用于解混叠处理的二次相位函数f_bs(X)；根据所述二次相位函数f_bs(X)，在方位位置域构造一组滤波器：一致滤波器F_bulk(X)和补余滤波器F_residual(X)；依次利用所述一致滤波器F_bulk(X)和所述补余滤波器F_residual(X)对Ss_P(K_r,X；R′_S)进行方位向滤波处理，并执行方位向傅里叶变换操作，得到正则化二维波数谱SS(K_r,K_x,R)；

步骤7，对所述正则化二维波数谱中的空变分量执行波数谱重采样处理，从而使之变为线性、非耦合的方位波数域变量K_a，以消除多普勒调频率的空变；

步骤8，结合波数域重采样结果，在二维波数域构造方位向一致压缩函数f_bulk(K_r,K_a)；将所述正则化二维波数谱SS(K_r,K_x,R)与所述方位向一致压缩函数f_bulk(K_r,K_a)相乘，得到方位向一致压缩结果SS_bulk(K_r,K_x,R)；

步骤9，提取出所述方位向一致压缩结果SS_bulk(K_r,K_x,R)中的耦合波数，对其执行降维stolt插值处理，得到去耦的二维波数；

步骤10，根据所述去耦的二维波数在方位位置域构造去斜函数f_deramp(X)；对所述方位向一致压缩结果SS_bulk(K_r,K_x,R)执行二维逆傅里叶变换处理，随后与所述去斜函数f_deramp(X)相乘，最后通过方位向傅里叶变换得到二维精确聚焦图像sS(R,K_a)。