合成孔径激光成像雷达两维卷积成像方法

摘要

一种合成孔径激光成像雷达两维卷积成像方法，基本思想在于将复数化后的合成孔径激光成像雷达目标回波信号首先在交轨向附加二次项相位因子，然后进行两维卷积同时实现交轨向，顺轨向聚焦成像，并对成像结果强度信号进行输出显示。由于交轨向，顺轨向均采用卷积进行聚焦成像，降低了成像处理对计算机性能的要求，另外，两维卷积直接得到空域成像结果，无需进行两维频域-空域转换，直接进行输出显示，减少成像步骤，是合成孔径激光成像雷达回波信号成像处理的重要技术改进。

主权项

一种合成孔径激光成像雷达两维卷积成像方法，其特征在于，包括如下步骤：①合成孔径激光成像雷达发射系统向目标照射激光光波，照射到目标后被目标反射，反射光波经过合成孔径激光成像雷达接收系统进行光电接收、数字化与复数化处理后存储在计算机中，计算机存储的目标回波信号为i(t_f,vt_s)：$i(t_f,{\mathrm{vt}}_s)=\underset{k}{\Sigma }A(x_k,y_k)S(x_k,y_k-v_y{t}_s)W\left(t_f\right)$$\times \exp [j2{\mathrm{\pi f}}_{eq}\left(x_k\right)t_f+j\frac{\pi }{\lambda F}{(y_k-v_y{t}_s)}^2]---\left(1\right)$式中，有如下设定：交轨向为x方向，顺轨向为y方向，A(x_k,y_k)为与SAIL结构，系统安排和目标点特性有关的接收光场因子，S(x_k,y_k‑v_yt_s)为由发射光斑和接收方向性特性决定的光学足趾函数，侧视SAIL是由光学天线孔径的衍射产生，直视SAIL是由发射机内口径成像产生，t_f为交轨向快时间，t_s为顺轨向慢时间，v_y为雷达搭载平台顺轨向的运动速度，交轨向与快时间有关的窗函数为W(t_f)，f_eq(x_k)为目标在交轨向快时间上产生的等效拍频频率，λ为雷达发射激光中心波长，F为雷达光学足趾在目标面上的等效曲率半径；②对所述的目标回波信号交轨向附加二次项相位因子，所述的二次项相位因子为i_a(t_f)：$i_a\left(t_f\right)=\exp \left[j\frac{\pi }{{\mathrm{\lambda f}}_a}{t}_f^2\right]---\left(2\right)$式中，f_a为所述的相位二次项的等效曲率半径，将所述的复数化后的目标回波信号i(t_f,vt_s)与i_a(t_f)式按下列(3)式相乘，得交轨向附加二次项相位因子后的回波信号为i_b(t_f,t_s)：$i_b(t_f,t_s)=i(t_f,{\mathrm{vt}}_s)\times i_a\left(t_f\right)$$=\underset{k}{\Sigma }A(x_k,y_k)S(x_k,y_k-v_y{t}_s)W\left(t_f\right)\exp \left[j2{\mathrm{\pi f}}_{eq}\left(x_k\right)t_f\right]---\left(3\right)$$\times \exp \left[j\frac{\pi }{{\mathrm{\lambda f}}_a}{t}_f^2\right]\exp \left[j\frac{\pi }{\lambda F}{(y_k-v_y{t}_s)}^2\right]$③对交轨向附加二次项相位因子后的回波信号进行两维卷积，同时实现目标交轨向，顺轨向聚焦：将所述的交轨向附加二次项相位因子后的回波信号为i_b(t_f,t_s)与二次项相位因子按下列(4)式进行两维卷积，得到目标成像结果：$i_{image}(u,v)=\underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}\underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\int }}\underset{k}{\Sigma }A(x_k,y_k)S(x_k,y_k-\eta )W\left(\xi \right)\exp \left[j2{\mathrm{\pi f}}_{eq}\left(x_k\right)\xi \right]$$\times \exp \left[j\frac{\pi }{{\mathrm{\lambda f}}_a}{\xi }^2\right]\exp \left[j\frac{\pi }{\lambda F}{(y_k-\eta )}^2\right]\exp [-j\frac{\pi }{{\mathrm{\lambda f}}_a}{(\xi -u)}^2]$$\times \exp [-j\frac{\pi }{\lambda F}{(\eta -v)}^2]d\xi d\eta ---\left(4\right)$式中，u,v分别为成像结果交轨向，顺轨向空间坐标，ξ,η分别为卷积中交轨向，顺轨向坐标，代表傅里叶变换，符号*代表卷积，交轨向成像位置为u＝‑λf_af_eq(x_k)，的零值全宽为交轨向成像分辨率，顺轨向成像位置为v＝y_k，顺轨向成像分辨率为的零值全宽；④将所述的目标成像结果的强度信号|i_image(u,v)|²进行输出，并由显示器进行显示。