本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种阵列前视sar成像方法，可用于对前视场景进行高分辨成像。
背景技术：
在精确制导、战场侦察等应用领域，需求迫切对正前区域高分辨成像，也即前视成像。前视成像模式下，平台飞行方向与距离向接近一致，方位向定义为垂直航线方向，不仅由于前视区域多普勒分集有限使得方位分辨难度较大，同时运动航向两侧对称场景将具有相同多普勒，造成方位向左右模糊，导致前视sar成像处理需要同时面对距离方位强耦合和多普勒模糊难题。
现有前视雷达成像技术思路原理上可分为以下几类。密集阵列sar系统的前视成像技术，典型代表为德国宇航局提出视景增强的新型区域成像雷达系统(sirev)。这种技术采用多通道阵列实孔径实现方位向高分辨波束形成，前视方位分辨率由阵列实孔径物理尺寸约束，系统复杂度相对较大。此外，结合和差测角技术的单脉冲前视成像，该技术原理是对脉冲压缩信号沿距离单元内的目标信号进行和差测角或者解卷积实现信号分量方位定位聚焦提高前视场景可视性，该技术一般需要结合系统波束扫描工作。成像性能受单脉冲测角原理约束，在复杂对比度较低场景，成像性能下降较快。
技术实现要素：
针对上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种阵列前视sar成像方法，可对前视场景进行高分辨成像。
本发明的技术思路为：在传统的实孔径成像和合成孔径成像的基础上，结合合成孔径以及实孔径，共同作用实现对前视区域方位向高分辨；通过发射大的带宽信号以及距离脉冲压缩获得距离向高分辨。针对前视成像中多普勒模糊问题，通过多通道自适应零点约束波束形成的方式解开多普勒模糊，得到最终的成像结果。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种阵列前视sar成像方法，所述方法包括：
步骤1，设置阵列合成孔径雷达包含m个阵元，每个阵元对应一个回波接收通道；
步骤2，获取阵列合成孔径雷达中每个阵元接收的回波数据，并对每个阵元接收的回波数据进行距离脉冲压缩，得到每个阵元脉冲压缩后的回波数据；
步骤3，在平面上划分bp成像网格(后向投影成像，back-projection)，所述bp成像网格包含多个子网格，且所述bp成像网格表示为极坐标网格，其中极角为波束指向方位角；采用每个阵元脉冲压缩后的回波数据在bp成像网格上的每个子网格进行投影成像，得到每个子网格的投影成像结果；
步骤4，根据每个子网格的投影成像结果进行自适应零点波束形成，得到如下代价函数：
其中，
步骤5，求解所述代价函数，得到每个子网格对应的最优滤波器权系数，进而根据每个子网格对应的最优滤波器权系数对对应子网格的投影成像结果进行空域滤波，得到该子网格解模糊后的sar成像结果；
步骤6，遍历所述bp成像网格中每个子网格，重复执行步骤4和步骤5，得到bp成像网格中所有子网格解模糊后的sar成像结果，从而得到最终解模糊后的阵列前视sar成像结果。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)步骤2具体包括如下子步骤：
(2a)获取阵列合成孔径雷达中第i个阵元接收的回波数据
其中，ap为点目标的散射系数，x0为目标载机飞行方向的坐标，
(2b)对第i个阵元接收的回波数据进行距离脉冲压缩，得到第i个阵元脉冲压缩后的回波数据
其中，
(2)步骤3中，在平面上划分bp成像网格具体为：
在平面上划分bp成像网格应满足如下准则：
其中，f(j)为分辨率函数，表示第j个子网格处的系统分辨率；g(n)为子网格划分函数，其定义如下：设n为子网格索引，n＝1，2，3...n，n为子网格方位向个数，则第n个子网格的方位起始坐标为g(n-1)，终止坐标为g(n)；第n个子网格的网格宽度为g(n)-g(n-1)；
c0、c1为常数，表达式如下：
其中，α为子网格方位向宽度，α0为第一个子网格方位向起始坐标，f(1)表示第一个子网格处的系统分辨率。
(3)步骤3中，采用每个阵元脉冲压缩后的回波数据在bp成像网格上的每个子网格进行投影成像，得到每个子网格的投影成像结果具体为：
获取第i个阵元脉冲压缩后的回波数据
其中，fp(ρ，θ，yi)为坐标为(ρ，θ)的子网格的投影成像结果，lp为点目标p的相干累计曲线，n为子网格索引，yi为第i个阵元的方位向坐标，
从而得到每个子网格的投影成像结果f：
f＝[fp(ρ，θ，y1)fp(ρ，θ，y2)...fp(ρ，θ，ym)]。
(4)步骤4中，
阵列导向矢量矩阵v表示为：
每个子网格的投影成像结果f表示为：
其中，m为阵列合成孔径雷达包含的阵元个数，ap(ρ，-θ)代表坐标为(ρ，-θ)的子网格解模糊后的sar成像结果，ap(ρ，θ)代表坐标为(ρ，θ)的子网格解模糊后的sar成像结果。
(5)步骤5具体包括：
求解所述代价函数，得到每个子网格对应的最优滤波器权系数wk＝r-1v(vhr-1v)-1gk；
从而：
根据每个子网格对应的最优滤波器权系数对对应子网格的投影成像结果进行空域滤波：
从而得到该子网格解模糊后的sar成像结果a。
本发明与现有技术相比所具有的优点：(1)本发明可对前视场景进行高分辨成像；(2)本发明方位向分辨率由合成孔径和实孔径共同提供，对阵列实孔径依赖低；(3)本发明采用一种bp网格划分准则，实现最终成像结果等分辨。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的阵列前视sar几何模型示意图；
图2是本发明实施例提供的一种阵列前视sar成像方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的仿真采用的点目标设置方式示意图；
图4是本发明实施例提供的点目标仿真解模糊前后的成像结果对比示意图；
图5是本发明实施例提供的仿真采用的面目标回波仿真基准图；
图6是本发明实施例提供的面目标仿真解模糊前后的成像结果对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种阵列前视sar成像方法，系统几何模型如图1所示，以雷达航迹方向在地面上的投影为x轴，天线阵列分布方向为y轴，离地高度方向为z轴，建立直角坐标系。
o1x1为航迹，航迹与x轴夹角为下压角ψ；波束与z轴夹角为波束指向俯仰角α，波束地面投影与x轴夹角为波束指向方位角θ，即bp网格极坐标中的极角，
式中v为平台飞行速度，tm为慢时间，h为载机高度，yi为第i个接收天线的方位向坐标。则对于一个点目标而言，电磁波双程斜距为：
r(tm，yi)＝rtx(tm)+rrx(tm，yi)
于是第i个接收天线接收信号
其中，ap为点目标的散射系数，x0为目标载机飞行方向的坐标，
本发明实施例提供的一种阵列前视sar成像方法流程图，如图2所示，所述方法包括如下步骤：
步骤1，阵列sar接收各个阵元的回波信号，对各阵元的回波信号进行距离脉冲压缩，得到脉压后的回波数据；
步骤1的具体过程为：第一步对各个阵元的回波信号进行距离向fft；第二步对匹配函数进行距离向fft；第三步二者相乘然后进行距离向ifft。
第i个阵元脉冲压缩后的回波数据
其中，
步骤2，对各通道脉压后的回波数据分别进行bp成像，在bp成像之前需要在恰当的平面上(地表平面或斜平面，斜平面即数据采集平面)划分合理的成像网格(极坐标网格或直角坐标网格)，接下来是投影成像，其实质是一个像素重建的过程。
步骤2具体包括如下子步骤：
(2a)进行bp网格划分时，由于阵列前视sar系统方位分辨率不等，为了使最终成像结果为等分辨图像，成像网格划分应满足如下准则：
其中，f(j)为分辨率函数，表示第j个网格处的系统分辨率；g(n)为网格划分函数，其定义如下：设n为网格索引，n＝1，2，3...n，n为网格方位向个数，则第n个网格的方位起始坐标为g(n-1)，终止坐标为g(n)；顾该网格的网格宽度为g(n)-g(n-1)；c0、c1为常数表达式如下：
其中，α为网格方位向宽度，α0为第一个子网格方位向起始坐标，f(1)表示第一个网格处的系统分辨率。
(2b)由(2a)划分的bp网格进行bp投影成像，即像素重建，重建结果为：
其中，fp(ρ，θ，yi)为坐标为(ρ，θ)的网格的重建目标函数，lp为点目标p的相干累计曲线，n为网格索引，yi为第i个阵元的方位向坐标，
f＝[fp(ρ，θ，y1)fp(ρ，θ，y2)...fp(ρ，θ，ym)]。
步骤3，利用不同方位角导向矢量的差异进行自适应零点约束波束形成，构造代价函数为阵列输出功率，约束条件为要求在干扰方向上形成一个零点，并且要求在回波方向即主瓣方向上信号无畸变。
步骤3中，进行自适应零点约束波束形成时，要求输出功率最小，约束条件是零点约束，不但要求在干扰方向上形成一个零点，还要求在回波方向即主瓣方向上信号无畸变。满足如下规则：
式中jlcmp为代价函数，表示阵列输出功率：
其中wk为滤波器权值，f为各阵元通道bp成像结果，r为f的协方差矩阵，v为阵列导向矢量矩阵，k为模糊维数，对于阵列前视成像多普勒模糊问题，k＝2；gk为k维单位矩阵的第k列，表达式如下：
其中m为阵列天线阵元个数，ap(ρ，-θ)代表坐标为(ρ，-θ)的网格最终成像结果，ap(ρ，θ)代表坐标为(ρ，θ)的网格最终成像结果。
步骤4，由以上数学模型求解最优解，对于任意一个bp网格，利用以上最优解，构造滤波器，将各个通道方位模糊成像结果进行空域滤波，即将各个通道方位模糊成像结果分别与该权值相乘并累加，通过波束形成来解决多普勒模糊问题，进而求得该bp网格处解模糊后的成像结果。
步骤4具体包括如下子步骤：
(4a)根据下式计算最佳权值：
wk＝r-1v(vhr-1v)-1gk
其中，wk为滤波器权值，r为阵列接收信号的协方差矩阵，v为阵列导向矢量矩阵，gk为n维单位矩阵的第k列。
(4b)根据(4a)中得到权值，通过由该权值确定的滤波器，令
w＝[w1，w2]
其中w1、w2分别为模糊位置的最优权值。
(4c)根据(4b)中确定的滤波器，对各个通道bp结果f进行空域滤波，通过波束形成来解决多普勒模糊问题；
其中，a为目标点的散射系数矩阵。对散射系数矩阵取模即可求得网格内解模糊后的像素值。
步骤5，依次遍历各个bp网格，并依次重复执行步骤3和步骤4，直到得到所有bp网格处的解模糊后的成像结果，进而得到最终解模糊的sar图像；
本发明的效果可通过以下仿真实验作进一步说明：
1)仿真条件：
本发明点目标仿真参数如表1所示：
表1点目标仿真参数
仿真所用点目标设置方式如图3所示。x轴为目标参考斜距，y轴为目标方位角，点目标采用5*5点阵形式，其参考斜距以场景中心参考斜距rs为中心依次均匀分布在距离向，方位角正负交替分布在x轴两侧。
仿真所用面目标基准图如图5所示。
2.仿真内容及结果分析：
仿真1：用本发明方法在表1参数下进行点目标仿真，仿真结果如图4所示，4(a)表示解模糊前点目标成像结果，4(b)表示解模糊后点目标成像结果，从成像结果中计算图像冲击响应宽度(irwimpulseresponsewidth)，与理论值相对比，结果如下：
表2各方位点目标仿真分辨率与理论分辨率对比
仿真2：用本发明方法在表1参数下进行面目标仿真，仿真结果如图6所示，6(a)为解模糊前面目标成像结果，6(b)为解模糊后面目标成像结果，对比解模糊前后成像结果，分别计算成像范围d1、d2的解模糊结果的方位模糊信号比结果如下
表3成像结果的方位模糊信号比
3.仿真结果分析：
从图3、图4可以看出，阵列前视sar成像方法可以较好的对点阵进行前视成像，且由表2可知成像结果分辨率和理论分辨率相差甚微，由此可见成像性能良好。
从图5、图6中可以看出，阵列前视sar成像方法可以对前视场景进行高分辨成像，且由表3可知最终处理结果的方位模糊信号比均小于-20db，可见解模糊效果良好，成像效果较佳。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。