[发明专利]一种地球同步轨道合成孔径雷达卫星的高分辨率成像方法

摘要

本发明公开了一种地球同步轨道合成孔径雷达卫星的高分辨率成像方法，包括以下几个步骤，步骤一：子孔径划分；步骤二：子孔径数据距离向压缩；步骤三：子孔径数据距离向插值；步骤四：地面网格划分；步骤五：确定距离徙动曲线；步骤六：进行方位压缩处理；步骤七：子孔径图像叠加，得到最终的图像。本发明提出的成像方法可处理地球同步轨道合成孔径雷达卫星的全孔径回波数据，实现高分辨率成像；可实现多点目标成像，即对不同距离向和方位向目标的不同距离徙动曲线均可实现方位压缩；还可实现广域场景范围内的成像，具有成像区域自由化的特点，即可根据需求对不同位置的场景实现成像。

主权项

1.一种地球同步轨道合成孔径雷达卫星的高分辨率成像方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：子孔径划分；全孔径回波数据是一个二维数组，大小为X×Y，一维是方位向，有X个采样点，另一维是距离向，有Y个采样点，表示雷达获取了X个方位时刻的一维脉冲回波数据，每个时刻的一维脉冲回波数据有Y个采样点，Y为2的整数次幂；对全孔径回波数据在方位向进行分块，将其分成N等份，即子孔径划分，得到N块回波子孔径数据A₁、A₂、…、A_N，每块数据大小为(X/N)×Y；步骤二：子孔径数据距离向压缩；对每块回波子孔径数据A₁、A₂、…、A_N进行距离向匹配滤波，即距离向压缩，得到距离向压缩后的子孔径数据B₁、B₂、…、B_N；步骤三：子孔径数据距离向插值；对距离向压缩后的子孔径数据B₁、B₂、…、B_N做距离向快速傅里叶变换，变换到距离向频域，在频域的高频部分补零，补零的个数为(M-1)·Y，即在每个方位时刻的距离向第个和第个采样点之间增加(M-1)·Y个采样点，每个采样点的值为0，之后做快速傅里叶逆变换，实现距离向压缩后数据的M倍插值，得到距离向插值后的子孔径数据C₁、C₂、…、C_N，每块数据大小为(X/N)×M·Y，其中，M取1、2、4、8、16、32、64、128、256或512，当M＝1时，为不插值；步骤四：地面网格划分；成像区域为一个大小为P×Q的矩阵，其中P＜X，Q＜Y，方位向有P个采样点，设其P个方位时刻为对应全孔径回波数据方位向最中心的P个时刻，即其中，k＝1、2、…、P，t₁、t₂、…、t_X为全孔径回波数据的X个方位时刻，为全孔径回波数据的方位中心时刻，当X、P为奇数时，和按四舍五入取整；成像区域距离向有Q个采样点，设其Q个斜距分别为对应全孔径回波数据距离向最中心的Q个斜距，即其中，l＝1、2、…、Q，R₁、R₂、…、R_Y为全孔径回波数据的Y个斜距，为全孔径回波数据距离向的中心斜距，当Q为奇数时，按四舍五入取整；对于成像区域的每个方位时刻，得到成像区域上该时刻距离向每个采样点按照斜距对应地面上目标点的位置，方位向第k个、距离向第l个采样点对应地面目标点的位置坐标表示为(x_gt(k，l)，y_gt(k，l)，z_gt(k，l))，每个网格为地面上一个目标点，对应成像区域上一个采样点，最后得到所有P×Q个目标点的坐标，完成地面网格划分；步骤五：确定距离徙动曲线；步骤四得到成像区域每个采样点对应地面目标点的位置，对于每个采样点，确定其在距离向插值后的每个子孔径数据C₁、C₂、…、C_N中的距离徙动曲线，即求出在子孔径数据中每个方位时刻雷达天线相位中心与该采样点对应地面目标点的斜距，确定斜距所在的子孔径数据中的距离向采样点，确定的每个时刻的距离向采样点构成距离徙动曲线，当成像区域所有采样点的距离徙动曲线都确定后，完成确定距离徙动曲线；步骤六：进行方位压缩处理；对成像区域每个采样点进行方位压缩处理；具体为：对当前成像区域的采样点在每个子孔径数据C₁、C₂、…、C_N中的距离徙动曲线上的采样点进行相位补偿，然后相加，将相加后的数值作为当前成像区域采样点的值，表示为：fi=Σj=1X/NS(tij)·exp{j4πλR(tij)}---(14)]]>式(14)中，S(t_ij)表示当前成像区域的采样点在第i个子孔径数据上的距离徙动曲线上时刻为t_ij的采样点的值，表示参考相位，λ表示雷达波长，f_i表示通过第i个子孔径数据得到的当前成像区域采样点的值，i＝1、2、…、N；当成像区域的所有采样点都进行完压缩处理，完成方位压缩处理，得到N个子孔径图像I₁、I₂、…、I_N，I_i表示通过第i个子孔径数据得到的成像区域数据，i＝1、2、…、N；步骤七：子孔径图像叠加，得到最终的图像；将步骤六中得到的N个子孔径图像相加，即N个子孔径图像上对应采样点的值相加，实现全孔径数据压缩处理，得到最终的图像。