[发明专利]基于三角正弦等效驻留相位点求解的波数域ArcSAR成像方法

说明书

本发明属于雷达成像技术领域，公开了一种基于三角正弦等效驻留相位点求解的波数域ArcSAR成像方法，该方法包括：在不对目标斜距近似的情况下，利用驻留相位原理对回波数据进行隐式置换，计算并推导出回波信号相位在波数域的完整表达式；根据所述完整表达式，构造补偿函数实现相位误差补偿；通过旋转角度方向逆傅里叶变换得到极坐标聚焦结果，并通过极坐标转直角坐标插值得到二位空间坐标结果。本发明所公开的成像方法，理论上残余误差很小，对于近远距目标成像都适用，成像精度高，且其算法时间效率与RDA接近，兼顾成像精度与时间效率。

技术领域

本发明属于大视场观测能力的地基圆弧轨道扫描合成孔径雷达领域，尤其 是涉及一种基于三角正弦等效驻留相位点求解的波数域ArcSAR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(BPA)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(RDA)，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(OmegaKA)，已知的相关算法将回波 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。

上述三类算法中，BPA成像精度是最好的，但是成像时间效率是最低的。 RDA成像精度受到斜距近似影响，然而成像时间效率是最高的。已公开的 OmegaKA算法在推导二维频域表达式过程中采用了近似处理，其主要难度在于 目标斜距中存在关于旋转角度的三角函数，无法显式地推导波数域表达式,因此 也并未能找到有效的波数域相位补偿方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于三角正弦 等效驻留相位点求解的波数域ArcSAR成像方法，以兼顾成像精度和时间效率， 并且残余误差小。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于三角正弦等效驻留相位点求解的波数域ArcSAR成像方法，该方 法包括：

步骤S1、在不对目标斜距近似的情况下，利用驻留相位原理对回波数据进 行隐式置换，计算并推导出回波信号相位在波数域的完整表达式；

步骤S2、根据所述完整表达式，再构造补偿函数实现相位误差补偿；

步骤S3、通过旋转角度方向逆傅里叶变换得到极坐标聚焦结果，并通过极 坐标转直角坐标插值得到二位空间坐标结果。

进一步地，所述步骤S1具体包括：

步骤S11、对回波数据去斜，得到信号模型的初步表达式，并构造距离波 数的一次补偿函数，将所述初步表达式与一次补偿函数相乘得到模型的最终表 达式；

步骤S12、将所述最终模型的表达式沿旋转角度方向进行傅里叶变换，计 算信号相位，并对雷达旋转角度求导求解出驻留相位点；