弹载SAR子孔径前斜视高阶非线性调频变标成像方法

摘要

本发明属于雷达信号处理领域，公开了一种弹载SAR子孔径前斜视高阶非线性调频变标成像方法，其利用子孔径数据实现弹载SAR前斜视高阶非线性调频变标成像，可用于机载、弹载平台SAR成像。其主要步骤为：（1）对回波信号进行距离脉压和时域走动校正；（2）将信号变到二维频域进行频域徙动校正和二次压缩并补偿方位向的高次相位；（3）在方位频域引入高阶非线性调频变标扰动因子，校正多普勒调频率和方位向高次项的空变；（4）通过谱分析处理将图像聚焦在方位频域上。本发明解决了距离方位的解耦合以及时域校正走动而带来的方位聚焦深度问题，其方法能够适应不同的场景及高分辨率要求，也可用于地图测绘等领域。

主权项

1.一种弹载SAR子孔径前斜视高阶非线性调频变标成像方法，其弹载SAR工作在条带模式，弹载平台高度为H，以速度v沿X轴匀速直线飞行，θ₀为波束射线指向的斜视角，R₀为波束中心线扫过目标时的斜距，t_m为方位慢时间，以弹载平台位于O点的时刻为方位慢时间的起点，R_B为场景中某一点目标与弹载SAR的最近距离；点目标到弹载SAR的瞬时斜距为$R\left(t_m\right)=\sqrt{{\left(R_0\cos {\theta }_0\right)}^2+{(R_0\sin {\theta }_0-({\mathrm{vt}}_m-X_n))}^2},$其中X_n=vt_n，t_n为天线波束中心穿越目标点的时刻；其特征在于，包括以下步骤：步骤1，弹载SAR发射的是线性调频信号，则其基频回波信号为S₀(t_r,t_m)，其中t_r为距离快时间，t_m为方位慢时间；步骤2，对基频回波信号S₀(t_r,t_m)进行距离向傅里叶变换处理，得到距离频域方位时域信号S₁(f_r,t_m)，其中f_r为距离频率；步骤3，对距离频域方位时域信号S₁(f_r,t_m)进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压信号S₂(f_r,t_m)；步骤4，对距离脉压信号S₂(f_r,t_m)进行线性距离走动校正，得到线性距离走动校正后的信号S₃(f_r,t_m)；步骤5，采用驻定相位原理，对线性距离走动校正后的信号S₃(f_r,t_m)作方位向傅里叶变换，得到二维频域信号S₄(f_r,f_a)，其中f_a为方位频率；步骤6，对二维频域信号S₄(f_r,f_a)进行距离弯曲校正和二次距离压缩，得到解耦后的二维频域信号S₅(f_r,f_a)，然后对解耦后的二维频域信号S₅(f_r,f_a)进行距离向逆傅里叶变换，得到距离时域方位频域信号S₆(t_r,f_a)；步骤7，对距离时域方位频域信号S₆(t_r,f_a)在f_a=0处进行方位向五阶泰勒级数展开，并对方位向四阶、五阶相位进行补偿，得到补偿完方位向四阶、五阶相位的距离时域方位频域信号S₉(t_r,f_a)；步骤8，对补偿完方位向四阶、五阶相位的距离时域方位频域信号S₉(t_r,f_a)作方位向逆傅里叶变换，得到补偿完方位向四阶、五阶相位的时域信号S₁₀(t_r,t_m)，其中函数B_r为发射信号的频带，w_a(·)为方位窗函数，t_r为距离快时间，t_m为方位慢时间，c为光速，exp(·)为指数函数，t_n为天线波束中心穿越目标点的时刻，R₀为波束中心线扫过目标时的斜距，为常数项，f_DR为多普勒调频率，f_DT为方位向三次项系数；对f_DR和f_DT分别作泰勒级数展开得$\left\{\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{DR}}\approx f_{\mathrm{DRref}}+k_{\mathrm{SAC}}{t}_n+k_{\mathrm{TAC}}{t}_n^2\\ f_{\mathrm{DT}}\approx f_{\mathrm{DTref}}+k_{\mathrm{SAT}}{t}_n\end{array}\right.$其中f_DRref为多普勒调频率的参考值，k_SACt_n为多普勒调频率的一阶空变项，为多普勒调频率的二阶空变项，f_DTref为方位三次相位的参考值，k_SATt_n为方位三次相位的一阶空变项；提取为多普勒调频率的一阶空变项k_SACt_n、多普勒调频率的二阶空变项为方位三次相位的一阶空变项k_SATt_n；步骤9，对补偿完方位向四阶、五阶相位的距离时域方位频域信号S₉(t_r,f_a)引入用于消除多普勒调频率的一阶空变项k_SACt_n、多普勒调频率的二阶空变项和方位三次相位的一阶空变项k_SATt_n的方位高阶非线性变标扰动因子H_ncs以消除调频率和相位的误差，再对引入方位高阶非线性变标扰动因子H_ncs后的回波信号进行方位向逆傅里叶变换，得到消除方位空变后的时域信号S₁₁(t_r,t_m)；步骤10，消除方位空变后的时域信号S₁₁(t_r,t_m)中含有因引入方位高阶非线性调频变标扰动因子H_ncs产生的高次相位，对消除方位空变后的时域信号S₁₁(t_r,t_m)补偿剩余高次相位，其方位剩余高次相位补偿因子H_amz为$H_{\mathrm{amz}}=\exp (\mathrm{j\pi }\frac{K_{\mathrm{SAC}}}{3}{t}_m^3-\mathrm{j\pi }\frac{K_{\mathrm{TAC}}}{6}{t}_m^4)$将消除方位空变后的时域信号S₁₁(t_r,t_m)与方位剩余高次相位补偿因子H_amz相乘，得到补偿完方位剩余高次相位的时域信号S₁₂(t_r,t_m)；步骤11，对补偿完方位剩余高次相位的时域信号S₁₂(t_r,t_m)进行方位向的去斜处理，然后作方位向傅里叶变换，得到方位频域聚焦信号S₁₃(t_r,f_a)，从而将图像聚焦在方位频域上。