一种大斜视滑动聚束SAR成像处理方法

摘要

本发明公开了一种大斜视滑动聚束SAR成像处理方法，属于信号处理领域，该处理方法流程主要包含方位向Deramp处理、二维相位补偿、插值处理、图像粗聚焦处理和方位二次聚焦处理五个部分，本发明的精度高，采用二次聚焦技术来补偿多普勒参数的空变特性，能够实现全场景内的精确聚焦处理。效率高，去除了回波信号中由于参考斜距所引入的距离徙动，大大减小回波信号的数据量，提高处理效率。实用性强，能够实现大斜视角模式下的高精度成像处理，相比于传统的成像处理方法，本发明具有更好的实用性。

主权项

1.一种大斜视滑动聚束SAR成像处理方法，其特征在于：步骤一：方位向Deramp处理；首先计算每个脉冲时刻由于波束指向变化所导致的参考斜距的变化，如下式所示：$\Delta R_i=\frac{\lambda }{2}\left(f_{d,\mathrm{ref}}{t}_i\right)---\left(1\right)$其中：ΔR_i表示由于波束指向变化所导致的参考斜距的变化；λ表示发射信号的波长；f_d，ref表示中心时刻回波信号的多普勒中心频率；t_i表示方位向时刻；根据参考斜距的变化计算由于参考斜距变化所导致的距离门偏移量N_s：$N_s={\left[\frac{2\Delta R_i{f}_s}{c}\right]}_N---\left(2\right)$其中：f_s表示雷达系统的采样率；c表示光速；[·]_N表示取整运算；对回波信号进行距离向傅立叶变换处理，在距离频域内乘以如下指数项S₁(f_τ，t_i)：$S_1(f_{\tau },t_i)=\exp \{-j\frac{4\pi }{c}(\frac{\lambda }{2}{f}_{d,\mathrm{ref}}{t}_i-{\left[\frac{\lambda }{2}{f}_{d,\mathrm{ref}}{t}_i\right]}_N)f_{\tau }\}·\exp \{j2\pi f_{d,\mathrm{ref}}{t}_i+\mathrm{j\pi }{f}_{r,\mathrm{temp}}{t}_i^2\}---\left(3\right)$式(3)中：第一个指数项用于补偿时域距离门平移时的取整运算所带来的近似处理，式(3)中f_τ表示距离向频率；第二个指数项为方位向Deramp处理中与回波信号具有相反调频率的线性调频信号，f_r，temp表示中心时刻对应波束指向点的多普勒调频率，f_d，ref表示中心时刻对应波束指向点的多普勒中心频率，j表示虚数单位；对回波信号进行方位向傅立叶变换处理，并与二次相位因子S₂(f_τ，t_i)进行相乘处理完成方位向Deramp处理：$S_2(f_{\tau },t_i)=\exp \left\{\mathrm{j\pi }{f}_{r,\mathrm{temp}}{t}_i^2\right\}---\left(4\right)$步骤二：二维相位补偿处理；对方位向Deramp处理后回波信号进行方位向傅立叶变换处理，将回波信号变换到二维频域内，在二维频域内与二维相位补偿因子S₃(f_τ，f_a；r_ref)进行相乘处理，其中：第一个指数项用于补偿距离向二次相位；第二个指数项用于补偿方位向Deramp处理所引入的二次相位；第三个指数项用于补偿方位向的高次相位因子；第四个指数项用于补偿方位向的一次相位因子；第五指数项用于补偿由于轨道非直线所引入的三次项；b表示发射信号的调频率；f_a表示方位向频率；f_τ表示距离向频率；r_ref表示成像处理时所选取的参考距离；V_ref表示参考距离处的等效飞行速度；表示参考距离处的等效斜视角；f₀表示发射信号载频，表示三次向斜距变化系数；步骤三：插值处理；在完成二维相位补偿处理后，进行距离向傅立叶逆变换处理，此时，回波信号sS(τ，f_a)表示为：其中：σ表示目标的后向散射系数；W_a[·]表示天线方向性函数；r表示地面目标所处的斜距；V表示地面目标所处距离门对应的等效速度；表示地面目标所处距离门对应的等效斜视角；A[·]表示距离压缩处理后的距离向包络；R_f(f_a；r)表示目标斜距变化曲线随方位频率的变化曲线；τ表示距离向时间变量；所述的插值处理具体实现如下：(1)、首先对回波信号sS(τ，f_a)进行距离向傅立叶变换处理，将回波信号sS(τ，f_a)转换到距离频域，信号频谱以零频为中心对称；(2)、对转换到距离频域后的回波信号的距离向频谱的两侧进行补零处理来扩展回波信号的频谱；(3)、对频谱扩展后的信号进行距离向傅立叶逆变换处理，由于回波信号的频谱得到扩展，在时域内的采用率也相应的提高，进而完成距离向增采样处理；在完成距离向增采样处理后，根据各目标所处距离门的多普勒参数计算对应目标的距离徙动曲线R(f_a；r)，具体计算公式如下式所示：而对应参考距离门的距离徙动曲线R(f_a；r_ref)计算公式为：通过式(7)和式(8)两式相减计算不同距离门距离徙动曲线的变化，而该变化正是残余的距离弯曲曲线，通过平移处理来完成距离徙动曲线的校正处理，在完成距离徙动校正处理残余距离徙动得到修正；步骤四：图像粗聚焦处理；在利用插值处理完成不同距离门距离徙动曲线的修正处理后，不同距离门的距离徙动曲线均得到校正，直接对校正距离徙动曲线后的结果进行方位向傅立叶逆变换处理；步骤五：方位二次聚焦处理；具体实现如下：(1)、首先确定目标所处的距离门位置，其具体计算公式如下：$R_{\mathrm{real}}=R_p+\frac{\lambda f_{d,\mathrm{ref}}{P}_{\mathrm{Ap}}}{2V_g}$其中：R_real表示地面目标实际所处的距离门；R_p表示目标在图像中所处的距离门；P_Ap表示目标在方位向的位置；V_g表示波束在地面上的移动速度；(2)、当确定目标实际所处的距离门后，利用该距离门的多普勒参数构建残余相位补偿因子，如下式所示：将构建的残余补偿因子进行方位向傅立叶逆变换处理，得到时域补偿因子，截取时域补偿因子峰值附近的采样点构成二次聚焦补偿因子；(3)、通过时域卷积处理完成方位向二次聚焦处理；在获取二次聚焦补偿因子后，通过将粗成像处理结果与二次聚焦补偿因子进行卷积处理，实现地面目标的精确聚焦处理。