一种基于平飞等效的SAR极坐标成像方法及装置

本发明属于雷达信号处理，具体涉及一种基于平飞等效的 sar极坐标成像方法及装置。

背景技术：

1、合成孔径雷达(sar)与光学系统相比，具有全天时、全天候等特点， 能够大幅提升战场感知能力，在军事领域中具有重要的价值，如今已应用 于多种机动平台。由于机动平台的运动轨迹复杂性，sar平台常常需要工 作在俯冲模式，此时雷达平台与地面目标的垂直高度随时间变化，这使得 俯冲模式下sar回波信号不再满足方位平移不变性，从而导致传统平飞算 法无法聚焦。并且由于在大斜视下进行成像，距离向与方位向耦合严重， 图像空变性大，传统成像会出现严重的几何扭曲。

2、随着雷达对于成像精度要求的提升，聚束模式作为一种高分辨率成像 模式，受到广泛的关注和研究。该模式通过波束指向控制，将波束覆盖区 域指向固定的目标场景，从而能够大大提高合成孔径积累时间，突破条带 模式下分辨限制。pfa算法(极坐标算法)作为聚束模式高分辨成像经典算 法之一，具有在时域进行相位补偿、自动校正线性走动等优点，备受科研 工作者的关注。

3、现阶段平飞pfa主要采用传统的几何模型进行成像。在传统几何模型中， 俯冲sar成像将高度变化体现在斜距历程中。由于俯冲斜距历程的特殊性， 传统pfa算法中插值因子并不适用，直接处理会导致严重散焦，且俯冲轨迹 会带来方位平移不变性问题。可见，传统pfa算法并不适用于俯冲轨迹。由 此，如何将pfa算法与俯冲平台聚束sar相结合仍是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于平飞等 效的sar极坐标成像方法及装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术 方案实现：

2、一种基于平飞等效的sar极坐标成像方法，包括：

3、构建大斜视sar的平飞等效斜距模型，以获得目标区域散射形成的基 带回波信号；

4、对所述基带回波信号进行距离向匹配滤波处理，得到距离脉压后的信 号；

5、对所述距离脉压后的信号进行dechirp处理，得到dechirp补偿后的信号；

6、对所述dechirp补偿后的信号进行二维重采样处理，得到重采样后的二 维波数域信号；

7、对所述重采样后的二维波数域信号做ifft变换，得到sar极坐标初级 成像结果；

8、对所述初级成像结果进行基于反向投影的几何校正，得到无几何形变、 聚焦良好的成像结果。

9、在本发明的一个实施例中，所述基带回波信号表示为：

10、

11、其中，k为线性调频率，tr为距离向快时间，ta为方位向慢时间，fc为 中心频率，r(ta)瞬时斜距，wr(tr)，wa(ta)分别为距离、方位向窗函数包 络的时域表达式。

12、在本发明的一个实施例中，对所述基带回波信号进行距离向匹配滤波 处理，得到距离脉压后的信号，包括：

13、对所述基带回波信号进行fft变换，得到距离频域信号；

14、构造匹配滤波函数并与所述距离频域信相乘，得到距离脉压后的信号。

15、在本发明的一个实施例中，所述匹配滤波函数表示为：

16、hrmf(kr)＝exp[j(kr-krc)2c2/(16πk)]

17、其中，kr为距离波数，krc为距离波数中心，c为光速。

18、在本发明的一个实施例中，对所述距离脉压后的信号进行dechirp处理， 得到dechirp补偿后的信号，包括：

19、构建dechirp函数如下：

20、hdechrip＝exp(jkrra(ta))

21、其中，kr为距离波数，ra(ta)为场景中心点瞬时斜距历程；

22、将所述dechirp函数与所述距离脉压后的信号相乘，得到dechirp补偿 后的信号。

23、在本发明的一个实施例中，对所述dechirp补偿后的信号进行二维重采 样处理，得到重采样后的二维波数域信号，包括：

24、对所述dechirp补偿后的信号相位做泰勒展开；

25、构造距离插值因子和方位插值因子；

26、分别根据所述距离插值因子和方位插值因子对所述dechirp补偿后的 信号进行距离和方位向两维重采样，得到重采样后的二维波数域信号。

27、在本发明的一个实施例中，所述距离插值因子表示为：

28、

29、所述方位插值因子表示为：

30、

31、其中，kr为距离波数，ta为方位向慢时间，v为雷达运动速度，rs为参 考斜距，ra(ta)为场景中心点瞬时斜距历程, θa为中心时刻方位向与波束视线的夹角。

32、在本发明的一个实施例中，对所述初级成像结果进行基于反向投影的 几何校正，得到无几何形变、聚焦良好的成像结果，包括：

33、构建地平面直角坐标系网格，并计算所述地平面网格点在斜平面所在 位置；

34、根据pfa算法原理，对斜平面坐标旋转变换，得到初级成像结果在地 平面的坐标位置；

35、按照初级成像结果在地平面的坐标位置对其进行重采样处理，以实现 成像结果的几何校正，得到最终无几何形变、聚焦良好的成像结果。

36、本发明的另一个实施例还提供了一种基于平飞等效的sar极坐标成像 装置，包括：

37、数据获取模块，用于构建大斜视sar的平飞等效斜距模型，以获得目 标区域散射形成的基带回波信号；

38、数据处理模块，用于对所述基带回波信号进行距离向匹配滤波处理， 得到距离脉压后的信号；

39、补偿模块，用于对所述距离脉压后的信号进行dechirp处理，得到 dechirp补偿后的信号；

40、重采样模块，用于对所述dechirp补偿后的信号进行二维重采样处理， 得到重采样后的二维波数域信号；

41、成像模块，用于对所述重采样后的二维波数域信号做ifft变换，得到 sar极坐标初级成像结果；

42、几何校正模块，用于对所述初级成像结果进行基于反向投影的几何校 正，得到无几何形变、聚焦良好的成像结果。

43、本发明的有益效果：

44、本发明采用俯冲平飞等效的方法改进了传统pfa成像几何模型，避免了 俯冲带来的方位平移不变性问题，从而解决了传统pfa不适用俯冲sar的问 题；同时通过反向投影的方式对平飞等效pfa中的几何形变问题进行了校正， 成功将无形变的pfa成像算法推广到了俯冲sar中。

45、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，所述基带回波信号表示为：

3.根据权利要求2所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，对所述基带回波信号进行距离向匹配滤波处理，得到距离脉压后的信号，包括：

4.根据权利要求3所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，所述匹配滤波函数表示为：

5.根据权利要求1所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，对所述距离脉压后的信号进行dechirp处理，得到dechirp补偿后的信号，包括：

6.根据权利要求1所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，对所述dechirp补偿后的信号进行二维重采样处理，得到重采样后的二维波数域信号，包括：

7.根据权利要求6所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，所述距离插值因子表示为：

8.根据权利要求1所述的基于平飞等效的sar极坐标成像方法，其特征在于，对所述初级成像结果进行基于反向投影的几何校正，得到无几何形变、聚焦良好的成像结果，包括：

9.一种基于平飞等效的sar极坐标成像装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于平飞等效的SAR极坐标成像方法及装置，该方法包括：构建大斜视SAR的平飞等效斜距模型，以获得目标区域散射形成的基带回波信号；对基带回波信号进行距离向匹配滤波处理，得到距离脉压后的信号；对距离脉压后的信号依次进行Dechirp处理、二维重采样处理以及IFFT变换，得到SAR极坐标初级成像结果；对初级成像结果进行基于反向投影的几何校正，得到无几何形变、聚焦良好的成像结果。本实施例提供的基于平飞等效的SAR极坐标成像方法通过斜地转换，避免了俯冲带来的方位平移不变性问题，解决了传统PFA不适用俯冲SAR的问题；还通过对俯冲带来的几何形变问题进行校正，成功将无形变的PFA成像算法推广到了俯冲SAR中。

技术研发人员：梁毅,谷天一,梁宇杰,张罡
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11