[发明专利]基于匀加速建模的超高分辨率星载SAR成像方法

摘要

本发明公开了一种基于匀加速建模的超高分辨率星载SAR成像方法，包括以下步骤(1)将卫星的等效速度沿方位向的变化建模为匀加速运动；(2)接收星载SAR回波信号，并对其进行去载频处理，得到去载频后的回波信号建立点目标(r,tc)的精确斜距历程R(tm)；(3)对去载频后的回波信号进行距离傅立叶变换，并进行距离压缩，得到距离压缩后的回波信号S(fr,tm)；(4)将距离压缩后的回波信号S(fr,tm)依次进行方位向插值、方位快速傅立叶变换和方位向相位误差补偿，得到相位误差补偿后的回波信号S(fr,fa)；(5)消除相位误差补偿后的回波信号S(fr,fa)中的卫星的等效速度沿距离向的变化，得到最终的距离‑多普勒域回波信号并对其进行方位逆傅立叶变换，得到星载SAR图像。

主权项

一种基于匀加速建模的超高分辨率星载SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将卫星的等效速度沿方位向的变化建模为匀加速运动，并将点目标(r，tc)的精确斜距历程R(tm)表示为近似斜距历程R′(tm)与斜距历程误差ΔR(tm)的和，r为卫星距点目标(r，tc)的最短斜距，tc为点目标(r，tc)的方位零多普勒时刻，tm为慢时间；其中，所述点目标(r，tc)的精确斜距历程R(tm)，其表达式为：R(tm)＝R′(tm)+ΔR(tm)其中，tm为慢时间，r为卫星距点目标(r，tc)的最短斜距，tc为点目标(r，tc)的方位零多普勒时刻，R′(tm)为近似斜距历程，其表达式为：R′(tm)=r2+((vr,tref(tm-tref)+12αr(tm-tref)2)-(vr,tref(tc-tref)+12αr(tc-tref)2))2]]>其中，为参考目标(r，tref)的方位向等效速度，tref为选定的参考时间，αr为点目标(r，tc)的方位向等效加速度；ΔR(tm)为斜距历程误差，其表达式为：ΔR(tm)＝β(tm‑tc)3+γ(tm‑tc)4其中，和分别为斜距历程误差ΔR(tm)的三次项系数和四次项系数，β和γ在整个场景中的变化很小，认定β和γ为恒定不变；为点目标(r，tc)的方位向等效速度；c3＝‑12fd3/λ，c4＝‑48fd4/λ，λ为星载SAR的中心波长，fd3为方位调频率的变化率，fd4为方位调频率的变化率fd3的变化率，fd3和fd4的表达式分别为：fd3=-2(Asat′-Atar′)·(Rsat-Rtar)λr-6(Asat-Atar)·(Vsat-Vtar)λr+3λfdfd22r]]>fd4=-8(Asat′-Atar′)·(Vsat-Vtar)λr-6(Asat-Atar)·(Asat-Atar)λr+3λfd222r-2(Asat′′-Atar′′)·(Rsat-Rtar)λr+2λfdfd3r]]>其中，Rsat、Vsat以及Asat分别为卫星的位置、速度以及加速度矢量；A′sat和A″sat分别为卫星加速度矢量的导数和二次导数；Rtar、Vtar以及Atar分别为地面目标的位置、速度以及加速度矢量；A′tar和A″tar分别表示地面目标的加速度矢量的导数和二次导数；fd为多普勒中心频率，fd2为方位调频率，fd和fd2的表达式分别为：fd=-2(Vsat-Vtar)·(Rsat-Rtar)λr]]>fd2=-2(Asat-Atar)·(Rsat-Rtar)λr-2(Vsat-Vtar)·(Vsat-Vtar)λr+λfd22r;]]>步骤2，接收星载SAR回波信号，将星载SAR回波信号进行去载频处理，得到去载频后的回波信号其中，为快时间；步骤3，对去载频后的回波信号进行距离快速傅立叶变换，并进行距离压缩，得到距离压缩后的回波信号S(fr，tm)，其中，fr为距离频率；步骤4，将距离压缩后的回波信号S(fr，tm)进行方位向插值，得到去除卫星的等效速度沿方位向的变化的回波信号S(fr，tm′)；对去除卫星的等效速度沿方位向的变化的回波信号S(fr，tm′)进行方位快速傅立叶变换，得到去除卫星的等效速度沿方位向的变化的二维频域回波信号Sech(fr，fa)；对去除卫星的等效速度沿方位向的变化的二维频域回波信号Sech(fr，fa)进行方位向相位误差补偿，得到方位向相位误差补偿后的回波信号S(fr，fa)；其中，tm′为方位插值慢时间，fa为多普勒频率；步骤5，消除方位向相位误差补偿后的回波信号S(fr，fa)中的卫星的等效速度沿距离向的变化，得到最终的距离‑多普勒域回波信号对最终的距离‑多普勒域回波信号进行方位逆傅立叶变换，得到星载SAR图像。