基于距离多普勒校正的fmcw sar成像方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，包括：步骤一、接收回波信号，Dechirp处理后得到差频回波信号；步骤二、对所述差频回波信号进行距离向傅里叶变换，完成距离向压缩；步骤三、对完成距离向压缩的回波信号进行距离徙动和距离多普勒频移校正；步骤四、对校正后的回波信号进行方位向傅里叶变化及聚焦处理，得到SAR图像。通过本发明提供的方案可以提高成像质量。
【专利说明】
[0001] 基于距离多普勒校正的FMCW SAR成像方法及装置
技术领域
[0002] 本发明属于合成孔径雷达成像技术领域，尤其设及一种基于距离多普勒频移补偿 的Ka频段FMCW SAR成像方法。
[0003]
【背景技术】
[0004] FMCW SAR兴起于21世纪初，由于其体积小、重量轻、分辨率高和成本低而在军 用和民用领域备受青睐。从2000年开始各国就纷纷开始了FMCW SAR系统的研制，其中德国 Fraunhofer高频物理与雷达技术研究所于2000年研制了一套毫米波高分辨率FMCW SAR 系统，该雷达工作在Ka和W波段，最大发射信号带宽达到2G化。2002年，德国EADS防御通 信系统公司开发出了FMCW体制的MISAR。第一代MISAR系统的重量小于4公斤并能提供 0.5米*0.5米的分辨率，可W搭载在超小型无人机LUNA上，同时第二代X波段的MiSAR 也在2005年完成了研制。
[0005] 荷兰代尔夫特理工大学于2003成功研制了Ka波段FMCW SAR样机，实现了0.3m XO.3m成像。随后于2005年与TNO-FEL合作开发了第二代系统一MiniSAR，该系统工作在 X波段，通过相控阵天线可W实现条带和聚束模式，并具备地面运动目标指示功能。
[0006] 传统的脉冲式SAR发射脉冲宽度比较窄，脉冲作用期间天线相位中屯、与目标之间 的距离近似没有发生变化，因而采用"一步一停"假设，认为目标的瞬时斜距由慢时间确定， 而与距离快时间无关。"一步一停"假设是当前脉冲式SAR成像理论研究的基础，大大简化了 对SAR成像的理论分析。
[0007] 然而传统的"一步一停"假设应用到FMCW SAR，会影响目标的聚焦效果。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的问题是，现有SAR成像技术应用于FMCW SAR会导致目标成像效果差， 为解决所述问题，本发明提供一种基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法及装置。
[0009] 本发明提供的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法包括： 步骤一、接收回波信号，Dechi巧处理后得到差频回波信号； 步骤二、对所述差频回波信号进行距离向傅里叶变换，完成距离向压缩； 步骤=、对完成距离向压缩的回波信号进行距离徙动校正和距离多普勒频移校正； 步骤四、对校正后的回波信号进行方位向傅里叶变化及聚焦处理，得到SAR图像。
[0010] 进一步，所述步骤立包括：
[0011]本发明还提供实现本发明所提供的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方 法的装置，包括= Dechirp处理模块、距离向傅里叶变换模块、距离徙动和距离多普勒频移校 正模块、方位向傅里叶变化模块;所述Dechi巧处理模块接收回波信号，并进行DecMrp处理 得到差频回波信号，距离向傅里叶变换模块将差频回波信号变换到距离域;距离徙动和距 离多普勒频移校正模块对距离域回波信号进行校正;方位向傅里叶变化模块对回波信号进 行方位向傅立叶变换，并聚焦成像。
[0012]通过本发明所提供的方案可W得至崎质量的图像。
[0013]
【附图说明】
[0014] 图1为通过现有技术得到的FMCW SAR图像； 图2为通过本发明实施例提供的方法得到的FMCW SAR图像。
[0015]
【具体实施方式】
[0016] 由【背景技术】可知，传统的"一步一停"假设应用到FMCW SAR，会导致目标的聚焦效 果差。发明人针对上述问题进行研究，认为"一步一停"假设不适用于FMCW SAR，理由是雷达 在整个扫频周期(脉冲重复周期）内都发射信号，其信号占空比达到了 100%，载机在发射信 号过程中连续运动引起的目标瞬时斜距变化通常不能忽略，所述的目标瞬时斜距变化会在 距离向产生附加的多普勒频移，相应地会引起回波包络的距离徙动，进而影响目标的聚焦 效果。所W需要对距离徙动和多距离向多普勒频移进行校正。发明人经过进一步研究在本 发明中提供一种基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法。
[0017] 下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质做进一步阐述。
[0018] 本发明提供的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法包括： 步骤一、接收回波信号，Dechi巧处理后得到差频回波信号。
[0019]假设雷达工作在条带式正侧视模式，则对场景中屯、点目标，载机位置相对目标的 瞬时斜距为，
其中为雷达波束中屯、线扫过目标时的最近斜距，为载机飞行速度，为距离快时间，为方 位慢时间。与脉冲式SAR(瞬时斜距忽略距离快时间的影响休同，FMCW SA即舜时斜距的计算 要考虑距离快时间的影响。
[0020] Dechbp后的差频f目号可W表不为：
其中为虚数单位，为光速，为波 长，为信号调频斜率，为载机飞行速度，为目标距离，为方位向时间为距离快时间，为参考 斜距； 式中，为去调频特有的残留视频相位项(RVP，Residual Video Phase),它会影响方位 向多普勒，需要在方位向脉冲压缩前消除。是由于SAR平台连续运动引起的，即载机速度引 起的多普勒频移所对应的相位项。
[0021] 步骤二、对所述差频回波信号进行距离向傅里叶变换，将回波信号变换到距离频 域，完成距离压缩； 步骤=、对完成距离向压缩的回波信号进行距离徙动校正和距离多普勒频移校正； 雷达平台连续运动在距离向引入的多普勒频移为：
4) 为多普勒频移引起的距离偏移量可W表示为：
(5) 其中，PRI为调频周期时间，B为发射信号带帝。
[0022] 其中，R/ =R+Rd为测量的目标距离：
巧标实际距离； 一般来说，距离徒动校正在距离多普勒域进行。因此，距离徒动需要被表示为只包含变 量於和fd的形式。 (10) Ro = Rcos(O) (7) 因此可W将距离徙动量重新表示为： Rm(R'，fd) = (I-COS(O)KR'-Rd)+Rd (9) 和传统对距离徙动的表达相比，额外的项对应多普勒频移的影响。平台运动导致的多 普勒频移引起的影响可W在距离徙动校正中完成补偿。
[0023]插值方法运算量大，在此构造距离徙动校正、多普勒频移的函数如公式11所示，直 接用下式与回波信号形式相乘即可完成距离徙动校正与多普勒频移校正，方法简单，处理 效率高。
[OC
：11) 在本发明的优选实施例中，考虑到RVP会改变多普勒频率，对回波信号附加线性误差及 二次相位失真，所W对回波信号进行RVP校正。
[002引由于RVP项相位随空间变化，在时域很难去除，RVP在快时间域的一个卷积因子，在 距离向频域只要对不同频率乘W-个和频率相关的因子，就可W完全去除，因此，RVP校正 需要在距离频域完成。
[00%] 构造RVP校正函数：
步骤四、对校正后的回波信号进行方位向傅里叶变化及聚焦处理，得到SAR图像。
[0027] 图1为通过现有技术得到的FMCW SAR图像；图2为通过本发明实施例提供的方法得 到的FMCW SAR图像。从图1可W看出利用现有技术得到的图像在方位向和距离向均有不同 程度的散焦，由图2可W看出通过本发明实施例提供的方法得到的图像在方位向和距离向 的聚焦效果有明显提升。
[0028] 本发明虽然已W较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可W利用上述掲示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明 的技术实质对W上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案 的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于，包括： 步骤一、接收回波信号，Dechirp处理后得到差频回波信号； 步骤二、对所述差频回波信号进行距离向傅里叶变换，完成距离向压缩； 步骤三、对完成距离向压缩的回波信号进行距离徙动和距离多普勒频移校正； 步骤四、对校正后的回波信号进行方位向傅里叶变化及聚焦处理，得到SAR图像。2. 依据权利要求1所述的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， 所述步骤三包括： 步骤3.1、构造距离徙动和距离多普勒频移校正函数丨3. 依据权利要求1所述的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， 还包括，在距离频域对回波信号进行RVP校正。4. 依据权利要求3所述的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， RVP校正包括:构造 RVP校正函！RVP校正函数与回波信号相乘。5. 依据权利要求1所述的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， Dechirp处理后得到的差频回波信号为其中为R目标距离，tr为方位向时间。6. 实现权利要求1至5中所提供的基于距离多普勒频移校正的FMCW SAR成像方法的装 置，其特征在于，包括= Dechirp处理模块、距离向傅里叶变换模块、距离徙动和距离多普勒 频移校正模块、方位向傅里叶变化模块；所述Dechirp处理模块接收回波信号，并进行 Dechirp处理得到差频回波信号，距离向傅里叶变换模块将差频回波信号变换到距离域;距 离徙动和距离多普勒频移校正模块对距离域回波信号进行校正;方位向傅里叶变化模块对 回波信号进行方位向傅立叶变换，并聚焦成像。
【文档编号】G01S13/90GK106019280SQ201610381013
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】王辉
【申请人】王辉