[发明专利]基于子孔径逼近线阵三维成像合成孔径雷达快速成像方法

摘要

本发明提供了一种基于子孔径逼近的线阵三维成像合成孔径雷达快速成像方法，它是针对实际线阵三维成像合成孔径雷达回波中只包含三维空间中稀疏的散射点的回波信号的特点，采用子孔径逼近技术，针对三维空间中某些稀疏目标进行成像处理，从而很好的解决了三维成像合成孔径雷达成像方法运算量大的问题。本发明的优点在于利用较小的运算量实现了线阵三维成像合成孔径雷达。本发明可以应用于合成孔径雷达成像，地球遥感等领域。

主权项

1、基于子孔径逼近的线阵三维成像合成孔径雷达快速成像方法，其特征是它包含以下几个步骤：步骤1、初始化线阵三维成像合成孔径雷达成像系统参数：初始化成像系统参数包括：平台速度矢量，记做V，平台初始位置矢量，记做P⁰，雷达发射电磁波的波数，记做K_c，线阵天线各阵元相对平台中心的位置，记做P_i，其中i为天线各阵元序号，为自然数，i＝0，1，...，M，M为线阵天线各阵元总数，雷达发射基带信号的信号带宽，记做B，雷达发射信号脉冲宽度，记做T_P，雷达接收波门持续宽度，记做T_o，雷达接收系统的采样频率，记做f_s，雷达系统的脉冲重复频率，记做PRF，雷达接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟，记做T_D，线性阵列天线长度，记做L，雷达的合成孔径长度，记做l；上述参数均为线阵三维成像合成孔径雷达系统的标准参数，其中，雷达发射电磁波的波数K_c，雷达发射基带信号的信号带宽B，雷达发射信号脉冲宽度T_P，雷达接收波门持续宽度T_o，雷达接收系统的采样频率f_s，线性阵列天线长度L，雷达的合成孔径长度l，雷达系统的脉冲重复频率PRF及接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟在线阵三维成像合成孔径雷达设计过程中已经确定；其中，平台速度矢量V及平台初始位置矢量P⁰在线阵三维成像合成孔径雷达观测方案设计中已经确定；根据线阵三维成像合成孔径雷达系统方案和线阵三维成像合成孔径雷达观测方案，线阵三维成像合成孔径雷达快速成像方法需要的初始化成像系统参数均为已知；步骤2、线阵三维成像合成孔径雷达原始数据进行距离压缩：采用合成孔径雷达标准距离压缩方法对合成孔径雷达距离向回波数据D₁进行压缩，得到距离压缩后的线阵三维成像合成孔径雷达数据，记做E₁；步骤3、截取第一次的线阵三维成像合成孔径雷达的子孔径：在合成孔径的中心部分，沿雷达收发平台飞行方向，截取出一段长度为l/d的部分合成孔径，并且在线阵天线的中心部分，沿线阵天线方向，截取出一段长度为L/d的部分线阵天线，将截取出的一段合成孔径和取出的一段线阵天线相互垂直放置，合成二维平面阵列，即合成第一次的线阵三维成像合成孔径雷达的子孔径，其中l表示雷达的合成孔径长度，L表示线性阵列天线长度，d为正整数，d的取值大小由工程的需要而确定，d的值越大，运算量越大，计算结果精度越高，d的值越小，运算量越小，计算结果精度越低；并设置用于判别是否为截取出的线阵三维成像合成孔径雷达子孔径的判别码，将截取出的部分的判别码值置为1，其余部分的判别码值置为0，记为Mask(n)，n为正整数，表示慢时间；步骤4、获得线阵三维成像合成孔径雷达图像空间第一次分辨率图像：采用线阵三维成像合成孔径雷达三维后向投影成像方法，在第k个慢时间，对线阵三维成像合成孔径雷达图像空间中点(x，y，z)进行成像，其中x，y，z为正整数，表示第一次分辨率下雷达图像空间的三维坐标，k为正整数，表示一个慢时间；如果判别码Mask(k)＝1，采用线阵三维成像合成孔径雷达三维后向投影成像方法对线阵三维成像合成孔径雷达图像空间成像，获得在第k个慢时间时，线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数，记做φ(k，x，y，z)，其中x，y，z为正整数，表示第一次分辨率下雷达图像空间的三维坐标；如果判别码Mask(k)＝0，进行步骤5操作；步骤5、令k＝1，2，...，N，N为一个合成孔径内慢时间的离散个数，对所有的N个慢时间重复步骤4，得到所有的N个慢时间的线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数φ(k，x，y，z)，其中x，y，z为正整数，表示第一次分辨率下雷达图像空间的三维坐标；然后利用公式σ(x,y,z)=Σk=1Nφ(k,x,y,z),]]>计算分辨率为ρ₀的线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数，记做σ(x，y，z)，其中ρ₀为步骤3中截取的线阵三维成像合成孔径雷达子孔径对应的雷达图像空间分辨率；步骤6、计算线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数判决门限：采用遍历法寻找线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数σ(x，y，z)的最大值，得到线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数σ(x，y，z)的最大值，记做σ_max；利用公式Θ＝σ_max×q，计算线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数判决门限，记做Θ，其中0＜q＜1，q的取值大小由工程的需要而确定，q的值越小，运算量越大，计算结果精度越高，q的值越大，运算量越小，计算结果精度越低；步骤7、截取第二次的线阵三维成像合成孔径雷达的子孔径：在合成孔径的中心部分，沿雷达收发平台飞行方向，截取出一段长度为2×l/d的部分合成孔径，并且在线阵天线的中心部分，沿线阵天线方向，截取出一段长度为2×l/d的部分线阵天线，将截取出的一段合成孔径和取出的一段线阵天线相互垂直放置，合成二维平面阵列，即合成第二次的线阵三维成像合成孔径雷达的子孔径，其中l表示雷达的合成孔径长度，L表示线性阵列天线长度，d为正整数，d的取值大小由工程的需要而确定，d的值越大，运算量越大，计算结果精度越高，d的值越小，运算量越小，计算结果精度越低；并设置用于判别是否为截取出的线阵三维成像合成孔径雷达子孔径的判别码，将截取出的部分的判别码值置为1，其余部分的判别码值置为0，记为Mask₁(n)，n为正整数，表示慢时间；步骤8、基于第一次分辨率预测的稀疏目标成像：取出步骤5中线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数σ(x，y，z)，其中x，y，z为正整数，表示第一次分辨率下雷达图像空间的三维坐标；将线阵三维成像合成孔径雷达图像分辨率置为ρ₀/2，采用线阵三维成像合成孔径雷达三维后向投影成像方法，在第k个慢时间，对线阵三维成像合成孔径雷达图像空间中点(u，v，w)进行成像，其中ρ₀为步骤3中截取的线阵三维成像合成孔径雷达的子孔径对应的雷达图像空间分辨率，k为正整数，表示一个慢时间，(u，v，w)为正整数，表示第二次分辨率下雷达图像空间的三维坐标；如果判别码Mask₁(k)＝1且σ(u/2，v/2，w/2)≥Θ，采用线阵三维成像合成孔径雷达三维后向投影成像方法，对图像点(u，v，w)进行成像，得到在第k个慢时间时，图像点(u，v，w)的线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数，记做φ₁(k，u，v，w)；如果判别码Mask₁(k)＝1且σ(u/2，v/2，w/2)＜Θ，定义在第k个慢时间时，图像点(u，v，w)的线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数φ₁(k，u，v，w)＝0；如果Mask₁(k)＝0，进行步骤9操作；步骤9、令k＝1，2，...，N，N为一个合成孔径内慢时间的离散个数，对所有的N个慢时间重复步骤8，得到所有的N个慢时间的线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数φ₁(k，u，v，w)，其中(u，v，w)为正整数，表示第二次分辨率下雷达图像空间的三维坐标，利用公式σ1(u,v,w)=Σk=1Nφ1(k,u,v,w),]]>计算分辨率为ρ₀/2的较高分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数，记做σ₁(u，v，w)，其中ρ₀/2为步骤7中截取的线阵三维成像合成孔径雷达子孔径对应的雷达图像空间分辨率；步骤10、将步骤6中的第一次分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数σ(x，y，z)替换为分辨率为ρ₀/2的第二次分辨率线阵三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数σ₁(u，v，w)，重复步骤6～9，得到第三次分辨率下三维成像合成孔径雷达图像空间散射系数的分布函数；步骤11、将第三步分辨率与线阵三维成像合成孔径雷达系统设计的分辨率比较，如果第三次分辨率达到线阵三维成像合成孔径雷达系统设计的分辨率，则得到线阵三维成像合成孔径雷达图像空间真实分辨散射系数的分布函数，记做Ω(X，Y，Z)，其中X，Y，Z为正整数，表示线阵三维成像合成孔径雷达系统设计的分辨率下雷达图像空间的三维坐标；如果第三次分辨率没有达到线阵三维成像合成孔径雷达系统设计的分辨率，则重复步骤10的操作，直到步骤10中雷达图像空间的分辨率达到线阵三维成像合成孔径雷达系统设计的分辨率，以最终得到线阵三维成像合成孔径雷达图像空间真实分辨下散射系数的分布函数。