[发明专利]一种基于Radon-Clean的改进圆周SAR三维成像方法

摘要

本发明提供了一种基于Radon‑Clean的改进圆周SAR三维成像方法，获取回波数据，对回波信号预处理，利用Radon变换估计目标位置，寻找精准点，估计目标散射系数，利用Clean技术完成所有目标估计，并利用估计出的目标参数恢复重建出目标的三维图像。本发明在现有算法的基础上，通过精确位置在估计位置附近的思想，对估计位置附近三维空间进行搜索，最终得到精确估计信息。本发明有效解决了原有算法在散射点相邻较近，散射点散射强度差异大而造成的估计值不准确甚至无法成像的问题，通过仿真结果发现，本发明能有效对目标回波数据进行精确成像。

主权项

1.一种基于Radon‑Clean的改进圆周SAR三维成像方法方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：获取回波数据：雷达在高度为H，半径为R_g的圆周轨道上进行匀速运动，θ为雷达的方位旋转角，雷达围绕目标进行圆周运动，天线始终指向以场景O为中心，半径为R₀的区域，雷达与场景中心距离为R_c，雷达向目标发射线性调频信号p(t)，设场景中目标坐标为(x,y,z)，其反射函数为f(x,y,z)，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)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，步骤二：回波信号预处理：首先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(ω,θ)，其表达式为：s(ω,θ)＝∫∫∫f(x,y,z)exp[‑j2kR(θ)]dxdydz其中，k表示波数大小，k＝2πf/c，f表示为距离频率；在远场条件下由于目标与雷达之间的距离远远大于目标的尺寸，即满足x＜＜R_c，y＜＜R_c，z＜＜R_c，散射点与雷达的距离近似为：其中，θ_i表示雷达入射角，同时令x'＝xcosθ_i，y'＝ycosθ_i，z'＝zsinθ_i，那么R(θ)重新写为：R(θ)＝R_c‑x'cosθ‑y'sinθ‑z'根据s(ω,θ)表达式，可得散射点预处理后的回波为：其中，为两个窗函数，ω₀表示载波频率对应的角频率，B代表信号带宽，θ_max和θ_min分别为最大观测角和最小观测角，σ表示散射点散射强度系数，利用参考相位函数exp[j2kR_c]与s(ω,θ)相乘消除残余相位，得到预处理后的回波信号为：步骤三：利用Radon变换估计目标位置，具体步骤为：对s(ω,θ)进行傅里叶逆变换，得到目标的距离‑方位角域信号s(r,θ)，其表达式为：其中，k₀表示载波频率，k₀＝2πf₀/c，此时s(r,θ)具体表现为正弦曲线的形式，对s(r,θ)取模，记为s₁(r,θ)，对s₁(r,θ)求Radon变换，具体形式如下式所示：经过Radon变换后，每个散射点在参数域中的对应位置上产生一个峰值，通过检测峰值得到散射点的空间位置；步骤四：寻找精准点，估计目标散射系数；目标的散射系数的求取具体步骤如下：利用步骤三寻找到最大幅值点，并记录该点的三维位置，得到目标点散布函数为：假设待估计的目标散射系数为σ₁，使用最小二乘法对散射系数进行估计，估计的表达式为：对上式求一阶导数，并使导数为零，则得到目标的散射系数的估计值为：其中，H^*(r,θ)为H(r,θ)的共轭，设置三维网格，以步骤三得到的空间位置作为中心点依次求解该三维网格上各个位置散射系数，当在三维网格范围内使得下式成立时，记录该点的位置和散射系数即为散射点参数准确的估计，在三维网格中找到差值最小的点记录该点的散射强度和位置信息：其中，σ_i表示三维网格中的第i个位置，当满足上式时，距离‑方位角域信号减去差值最小的点带来的影响得到的信号能量最小；步骤五：Clean技术完成所有目标估计；采用Clean技术，在原始脉冲压缩回波数据即s(r,θ)减去上述估计出的单个目标脉冲压缩后的回波信号，其表达式如下：s(r,θ)＝s(r,θ)‑σ₁H(r,θ)重复步骤三和步骤四，直至估计出所有散射点信息，并利用估计出的目标参数恢复重建出目标的三维图像。