[发明专利]一种用于高分辨率星载SAR的改进距离徙动校正算法的成像方法

摘要

为了克服传统RMA算法并不能直接应用于高分辨率星载SAR的回波数据处理的缺陷，提出了一种用于高分辨率星载SAR的改进距离徙动校正算法的成像方法，属于合成孔径雷达成像技术领域。本发明针对高分辨率星载SAR的问题，提出了一种新的斜距模型精确地对高分辨率星载SAR的弯曲轨道进行建模，并且在此基础上推导了高分辨率星载SAR回波的二维频谱，改进了传统RMA算法的距离徙动校正、stolt插值和方位向聚焦，改进后的成像算法能够有效地完成高分辨率星载SAR回波的成像处理。

主权项

1.一种用于高分辨率星载SAR的改进距离徙动校正算法的成像方法，该方法实现的步骤如下：步骤一、残余距离徙动校正和二维傅立叶变换采用非线性ChirpScaling的方法，在将回波信号通过距离向FFT和方位向FFT变换到二维频域之前，先在距离多普勒域乘以残余距离徙动校正因子以进行残余距离徙动校正，消除卫星和目标的相对速度随斜距变化带来的徙动误差；其中，残余距离徙动校正因子为：为距离徙动校正因子，RCM_res是残余距离徙动量，λ是信号波长，Δτ是目标和参考斜距之间的距离差所对应的时间差，k是调频斜率，τ′是残余距离徙动校正之后的距离向时间；所述的残余距离徙动量为：RCMres=Δταn(fa)+β(fa)Δτ2---(2)]]>其中，r₀卫星到目标的最近距离,f_a是SAR回波数据方位向频率，α_n(f_a)是残余距离徙动校正的二次因子，β(f_a)是残余距离徙动校正三次因子；完成残余距离徙动校正后，将回波信号通过距离向FFT和方位向FFT变换到二维频域，并且在二维频域完成距离向聚焦；步骤二、改进的stolt插值①建立斜距模型建立斜距模型为：R(t;r0,x0)=r02+[v(t-x0/v)]2-2r0vcosθ+v2(t-x0/v)/c+a(r0)(t-x0/v)3+b(r0)(t-x0/v)41-v2/c2---(3)]]>其中，R(t;r₀,x₀)是卫星和目标之间的距离,r₀卫星到目标的最近距离,x₀是目标在方位向的坐标，θ是斜视角，c是光速,t是方位向时间,v是卫星和目标之间的相对速度,a,b分别是表示卫星轨道弯曲的三次项和四次项；②二维频谱的计算在此斜距模型下，高分辨率星载SAR回波的表达式为：(τ,t;x0,r0)=rect[τ-2R(t;r0,x0)cTp]exp{jπkr[τ-2R(t;r0,x0)c]2}exp{-j4πλR(t;r0,x0)}---(4)]]>其中，s(τ,t;x₀,r₀)是高分辨率星载SAR的回波，rect[·]代表发射信号的包络，τ是距离向时间，k_r是发射信号调频斜率，T_p是发射信号的脉冲宽度；采用驻定相位法，将高分辨率星载SAR回波进行距离向FFT和方位向FFT变换后，得到高分辨率星载SAR二维频谱如下：s(fτ,fa)=exp{-jπfτ2kr}exp{-jr0Kr2-(Kx+vcKr)2}exp{-j4π(fc+fτ)c(a(r0)ts3+b(r0)ts4)}exp{-j2πfax0v}---(5)]]>其中，S(f_τ,f_a)是高分辨率星载SAR回波数据的二维频谱，f_τ代表距离向频率，K_r代表距离向波数，K_x代表方位向波数，f_c代表发射信号的中心频率，t_s代表方位向驻定相位点；③改进stolt插值将高分辨率星载SAR的回波数据在二维频域乘以改进后的stolt插值补偿因子，再进行插值来完成stolt插值；其中，根据高分辨率星载SAR二维频谱，得到改进后的stolt插值补偿因子为：其中，是stolt插值补偿因子的相位，r_ref是参考距离；步骤三、二维IFFT和改进的方位聚焦完成改进的stolt插值后，高分辨率星载SAR的回波数据通过改进的stolt插值完成距离徙动校正，然后进行距离向IFFT和方位向IFFT变换；同时，在最后一个方位向IFFT之前通过乘以补偿因子的方式进行方位向聚焦误差补偿，得到聚焦后的图像；其中，补偿因子表达式为：sac(τ,fa,r0)=exp{jπλr0fa2[v2(rref)-v2(r0)]2v2(r0)v2(rref)}---(7)]]>其中，s_ac(τ,f_a,r₀)是方位向聚焦误差补偿因子，v(r_ref)是参考距离处的相对速度，v(r₀)是目标斜距处的相对速度；自此，就完成了一种用于高分辨率星载SAR的改进距离徙动校正算法的成像方法。