[发明专利]一种近场圆周SAR快速三维成像方法

摘要

本发明提供了一种近场圆周SAR快速三维成像方法，涉及微波成像领域，首先将目标转换到极坐标格式下得到目标回波，然后利用波谱理论进行分析，采用角度域卷积计算，频率域积分运算的方式得到目标的二维成像结果。在此基础上通过不同高度值得到不同高度面目标散射特性函数，将不同高度面信息进行叠加，得到三维成像结果。本发明利用格林函数分解与层析成像相结合的思想提高了近场圆周成像运算速度，同时提高了成像分辨率，利用格林函数分解技术对目标回波进行精确聚焦，有效解决了聚焦卷积积分法对转动角度的限制，使用层析成像的思想得到三维成像结果，本发明通过仿真结果发现，能有效对目标回波数据进行精确成像。

主权项

1.一种近场圆周SAR快速三维成像方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：获取二维成像的回波数据：首先将目标维度由三维降为二维，假设场景中所有高度上的点都位于地平面；雷达向目标发射线性调频信号p(t)，设目标反射函数为f(x,y)，根据圆周SAR几何成像模型得到目标回波信号s(t,θ)，s(t,θ)可表示为：其中，c代表光速，R(θ)表示为目标随雷达转动θ角度下雷达与目标间的距离，R表示对雷达与转台中心的水平距离，即等效为雷达运动半径，H表示雷达与地面的垂直高度，x表示目标的横坐标，y表示目标的纵坐标，t表示雷达接收到回波信号的时间，也称为快时间；步骤二：回波信号预处理：首先将目标f(x,y)由直角坐标系转换到极坐标下用表示，对回波信号在快时间t上做傅里叶变换，忽略幅度的影响，得到回波在距离频率‑方位角域信号S(f,θ)，其表达式为：其中，表示近场斜平面格林函数，其表达式为：k表示波数大小，ρ,表示在极坐标下目标位置，其中f表示快时间t经过傅里叶变换变为频率，为极坐标下目标反射函数；步骤三：二维成像求解，具体步骤为：对S(f,θ)进行傅里叶逆变换，得到目标的反射函数其表达式为：雷达与目标距离R(θ)用极坐标表示并进行近似得到：其中θz表示天线的俯视角，θz＝arctan(H/R)，此时目标反射函数表示为：令k_r＝kcosθ_z,k_z＝ksinθ_z，重写为：内部对角度的积分表示为卷积表达：继续对进行简化：此时完成了目标二维反射函数的极坐标表达式，将进行直角坐标转化得到了直角坐标系下的目标二维反射函数f(x,y)；步骤四：三维成像求解：雷达高度向进行离散化，对应的离散网格数为Nz，不同雷达高度值得到不同高度平面下对应的目标二维反射函数，将不同高度面下的目标二维反射函数根据高度值填入三维数组中，第i个三维数组为f(x，y，i)，i＝1，2，…i,…Nz，则第Nz个三维数组为f(x,y,Nz)，即可得到最终目标三维成像结果。