[发明专利]基于奇异值分解的地球同步轨道SAR成像方法

摘要

本发明公开了一种基于奇异值分解的地球同步轨道SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤(1)地球同步轨道卫星SAR发射调频脉冲信号，对接收到的目标回波信号进行解调处理，得到解调后的回波信号s(tr,ta)；(2)利用级数反演法得到解调后的回波信号的二维频谱S(fa；fr)，对其进行距离脉压处理，得到距离脉压后的回波信号的二维频谱相位Φ(fr,fa；X,R0)；(3)通过奇异值分解(SVD)将距离脉压后的回波信号的二维频谱相位Φ(fr,fa；X,R0)中的多普勒频率和点目标的方位位置进行分解，得到分解后的二维频谱相位Φ(fr,fa；X)；(4)将分解后的二维频谱相位Φ(fr,fa；X)中的多项式v1(fr；fa)进行线性插值，得到插值后的相位Φ′(fr,fa′(v1)；X)；(5)将插值后的相位Φ′(fr,fa′(v1)；X)进行相位扰动处理，再进行聚焦，得到目标的地球同步轨道SAR图像。

主权项

一种基于奇异值分解的地球同步轨道SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，地球同步轨道卫星SAR发射调频脉冲信号，并对接收到的目标回波信号进行解调处理，得到解调后的回波信号s(tr，ta)，其中，tr为距离时间，ta为方位时间；步骤2，获取解调后的回波信号s(tr，ta)的二维频谱S(fa；fr)，将解调后的回波信号的二维频谱S(fa；fr)进行距离脉压处理，得到距离脉压后的回波信号的二维频谱相位Φ(fr，fa；X，R0)，其中，fa为多普勒频率，fr为距离频率，X和R0分别为点目标的方位位置和距离位置；步骤3，通过奇异值分解将距离脉压后的回波信号的二维频谱相位Φ(fr，fa；X，R0)中的多普勒频率fa和点目标的方位位置X进行分解，得到分解后的二维频谱相位Φ(fr，fa；X)，Φ(fr，fa；X)＝u1(fr；X)v1(fr；fa)+u2(fr；X)v2(fr；fa)，其中，u1(fr；X)、u2(fr；X)、v1(fr；fa)以及v2(fr；fa)为奇异值分解得到的多项式；步骤4，将分解后的二维频谱相位Φ(fr，fa；X)中的多项式v1(fr；fa)进行线性插值，具体地，求出多项式v1(fr；fa)的最大值max(v1(fr；fa))和最小值min(v1(fr；fa))，在多项式v1(fr；fa)的最大值max(v1(fr；fa))到最小值min(v1(fr；fa))的范围内进行均匀线性插值，并将多项式v1(fr；fa)的线性插值记为v1；则线性插值后的多项式v1(fr；fa)的自变量多普勒频率fa变换为fa′(v1)；得到插值后的相位Φ′(fr，fa′(v1)；X)；步骤5，将插值后的相位Φ′(fr，fa′(v1)；X)进行相位扰动处理，再进行聚焦，得到目标的地球同步轨道SAR图像；其中，所述步骤5的具体子步骤为：5.1将插值后的相位Φ′(fr，fa′(v1)；X)通过逆傅里叶变换从多普勒域变换到方位时域，并忽略三次以上方位时间项，得到方位时域相位Φ′(ta；X)为Φ′(ta;X)=U1(X)ta+U2(X)ta2+U3(X)ta3]]>其中，U1(X)、U2(X)以及U3(X)为点目标的方位位置X的二阶多项式；5.2构造相位扰动函数A为相位扰动函数的系数，引入相位扰动函数的相位ψ(ta；X)＝Φ′(ta；X)+ζ(ta)；将引入相位扰动函数的相位ψ(ta；X)变换到多普勒域，得到多普勒域的相位ψ(fa′(v1)；X)为其中，为多普勒三次项系数，近似为常数，X0为场景中心点的方位位置；为多普勒二次项系数，a0、a1、a2为多普勒二次项系数的拟合系数；为多普勒一次项系数，b0、b1、b2为多普勒一次项系数的拟合系数，为多普勒常数项；5.3对多普勒域的相位ψ(fa′(v1)；X)进行匹配滤波，即去除ψ(fa′(v1)；X)的多普勒三次项得到匹配滤波后的相位ψ′(fa′(v1)；X)为令a1/b1＝a2/b2，求解相位扰动函数的系数A；再通过奇异值分解将匹配滤波后的相位ψ′(fa′(v1)；X)转化为ψ′(fa′(v1)；X)＝G(fr；X)F(fr；fa′(v1))的形式，其中，G(fr；X)为只包含与多普勒频率fa无关的因子的函数，F(fr；fa′(v1))为只包含与点目标的方位位置X无关的因子的函数；5.4将只包含与点目标的方位位置X无关的因子的函数F(fr；fa′(v1))进行线性插值，具体地，求出F(fr；fa′(v1))的最大值max(F(fr；fa′(v1)))和最小值min(F(fr；fa′(v1)))，在F(fr；fa′(v1))的最大值max(F(fr；fa′(v1)))到最小值min(F(fr；fa′(v1)))的范围内进行均匀线性插值，并将F(fr；fa′(v1))的线性插值记为F；将只包含与多普勒频率fa无关的因子的函数G(fr；X)进行线性插值，具体地，求G(fr；X)的最大值max(G(fr；X))和最小值min(G(fr；X))，在G(fr；X)的最大值max(G(fr；X))到最小值min(G(fr；X))的范围内进行均匀线性插值，并将G(fr；X)的线性插值记为G′(fr；X)；则匹配滤波后的相位ψ′(fa′(v1)；X)转化为ψ′(fa；X)＝G′(fr；X)F的形式；解调后的回波信号s(tr，ta)的二维频谱S(fa；fr)转化为S(fa′(v1)；fr)的形式；5.5将解调后的回波信号s(tr，ta)的二维频谱S(fa；fr)的转化形式S(fa′(v1)；fr)进行聚焦，聚焦结果J(X；fr)的表达为：J(X;fr)=∫e-jψ′(fa′(v1);X)Q(v1;fr)dv1,]]>其中，Q(v1；fr)＝S(f′a(v1)；fr)dfa/dv1。