[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

说明书

本发明公开了一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法，对回波信号执行距离向匹配滤波、一致加速度补偿和正视逼近处理；通过两级滤波器消除由波束扫描引起的谱模糊问题；针对正则化的二维波数谱，将方位相位在波数域执行方位重采样处理；构造一致压缩函数进行方位向一致压缩操作，并对方位相位执行降维stolt插值处理和去斜操作，使之聚焦在方位波数域；该方法通过波数域的公式推导将高机动平台TOPS SAR回波录取过程等效成标准斜距模型，并通过一系列的相位补偿和方位滤波处理来获得无畸变无混叠的方位波数谱，使得波数谱支撑区的利用率达到最大化，实现高分辨成像，大幅提升了成像雷达载荷的探测成效。

技术领域

本发明涉及高机动平台广域遥测领域，具体涉及一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法。

背景技术

渐进扫描地形观测(TOPS)模式是单通道合成孔径雷达(SAR)系统实现宽幅成像的主要模式，能够全天时、全天候、远距离地进行广域探测，有着广阔的应用前景。同时，提升高机动平台的成像性能可以显著降低SAR成像载荷对平台运动轨迹的反向约束，因此高机动平台TOPS SAR成为近年来的研究重点。

传统的宽幅成像模式是扫描SAR(ScanSAR)模式，其通过控制波束在不同子测绘带之间的相互转换来实现成像幅宽的扩展，但由于点目标没有得到雷达波束的完整照射，从而导致方位向指标出现扇贝效应。TOPS模式在ScanSAR模式的基础上做出了改进，通过控制波束沿方位向的主动扫描来照射宽幅的场景，有效避免了ScanSAR模式下方位向指标的扇贝效应。然而，波束指向的改变使得多普勒中心随时间发生变化，从而导致多普勒总带宽远超脉冲重复频率(PRF)，进而造成全孔径信号在多普勒域(或方位波数域)内发生严重混叠。

当TOPS SAR搭载于高机动平台时，过大的三维速度和三维加速度会使信号的多普勒谱发生严重的展宽或压缩，从而进一步恶化聚焦效果。此外，为预留出平台机动变轨的时间，系统往往工作在大斜视模式，因此距离向和方位向出现严重的两维耦合，这为高机动平台TOPS SAR信号处理又带来了额外的困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法，该方法通过波数域的公式推导将高机动平台TOPS SAR回波录取过程等效成标准斜距模型，并通过一系列的相位补偿和方位滤波处理来获得无畸变无混叠的方位波数谱，使得波数谱支撑区的利用率达到最大化，实现在高机动平台上的TOPSSAR广域高分辨成像，大幅提升了成像雷达载荷的探测成效。

本发明的技术思路如下：

(1)改进传统的成像建模方式，精确刻画高机动平台对TOPS SAR成像模式的影响：(1a)针对搭载于高机动平台上的TOPS SAR成像问题，建立更加精确的斜距模型，并在斜距模型中充分考虑运动平台的三维速度和三维加速度；(1b)在波数域进行公式推导，计算出信号中由三维加速度引入的包络误差；(1c)在波数域进行公式推导，计算出信号中由三维加速度引入的相位误差。

(2)改进传统TOPS SAR成像算法流程，消除三维加速度引起的图像散焦：(2a)结合(1a)中的斜距模型，改进传统成像算法中的各类补偿函数；(2b)针对传统TOPS SAR成像算法无法应对较大加速度的问题，对回波矩阵进行一致加速度补偿处理，从而消除信号中由三维加速度引入的包络误差；(2c)改进传统波数域成像算法中的重采样模块，从而消除信号中由三维加速度引入的相位误差。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于扩展波数谱重构的高机动平台TOPS SAR成像方法，包括以下步骤：