地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法及装置

本发明涉及合成孔径雷达信号处理以及人工智能，更具体地，涉及一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法及装置。

背景技术：

1、随着星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar, sar）技术的发展,一种将sar载荷放置在地球同步轨道卫星上的遥感器成为sar领域的新兴研究热点。相对于低轨道sar而言,地球同步轨道sar具有覆盖范围大、重访周期短、抗打击和抗摧毁能力强等优势，具有非常广泛的应用前景

2、sar主要用于对静态场景成像。当出现移动目标时，这些目标的运动使其容易受到多普勒频移的影响，造成沿方位方向的散焦效应，得到的sar图像往往会出现包括散焦、模糊和物体偏离实际位置等明显的问题。移动目标的位置会在每个方位接受时刻发生变化。这种位置差异不仅是目标自身运动的结果，还因合成孔径雷达平台的持续运动而进一步加剧。因此合成孔径时间越长，散焦越严重。特别是对于长时间观测的sar，运动目标可能产生长而复杂的运动轨迹。

3、针对sar动目标散焦影响图像质量的问题，现有技术主要采用运动目标聚焦以及动目标去除两种技术途径来解决。对于地球同步轨道sar，由于合成孔径时间长，运动目标会产生长而复杂的运动轨迹。现有技术主要存在以下两个问题目前的动目标成像算法针对的是慢速运动的目标。并且由于杂波/噪声对移动目标信号的干扰以及这些方法本身固有的分辨率，成像质量受到限制。或基于多通道系统进行动目标去除，该方法需要多个通道，会导致系统复杂度大大增加。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、本发明提供一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法及装置，用于至少部分解决上述技术问题之一。

3、（二）技术方案

4、本发明的一个方面提供了一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法，包括：接收由雷达发送的回波数据；对回波数据进行孔径分割，得到多个子孔径数据；对每一子孔径数据执行以下操作：对子孔径数据进行距离压缩和后向投影，得到子孔径数据的成像结果；基于成像结果确定子孔径数据的相位信息和幅度信息；基于幅度信息确定子孔径数据的背景图像；将相位信息和背景图像结合，得到子孔径数据的复值数据；对多个子孔径数据的复值数据进行相干融合，得到目标图像。

5、根据本发明的实施例，对子孔径数据进行距离压缩和后向投影，得到子孔径数据的成像结果，包括：对子孔径数据进行信号解调和距离压缩，得到子孔径数据的回波信号；基于成像几何模型对回波信号进行后向投影，得到子孔径数据的成像结果。

6、根据本发明的实施例，基于成像几何模型对回波信号进行后向投影，得到子孔径数据的成像结果，包括：根据成像几何模型确定目标运动引起的位置偏移和二次相位误差；基于雷达和成像网格点之间的斜距和时延，对回波信号进行相位补偿，基于相位补偿后的回波信号确定子孔径数据的成像结果。

7、根据本发明的实施例，基于雷达和成像网格点之间的斜距和时延，对回波信号进行相位补偿，包括：在每一方位时刻下，基于雷达坐标和成像网格点坐标，计算出雷达与每一网格点之间的斜距；基于计算出的斜距确定每一成像网格点的时延值；根据斜距和时延值确定每一成像网格点的补偿函数；基于补偿函数对每一成像网格点的回波信号进行补偿，得到补偿后的回波信号。

8、根据本发明的实施例，基于相位补偿后的回波信号确定子孔径数据的成像结果，包括：对每一成像网格点中补偿后的回波信号进行累加，得到子孔径数据的成像结果。

9、根据本发明的实施例，基于幅度信息确定子孔径数据的背景图像，包括：对成像结果的幅度图像进行编码，得到幅度图像的特征图；对特征图进行解码，得到子孔径噪声分割图像；基于子孔径噪声分割图像去除幅度图像中的噪声，得到子孔径数据的背景图像。

10、根据本发明的实施例，基于子孔径噪声分割图像去除幅度图像中的噪声，得到子孔径数据的背景图像，包括：利用幅度图像减去子孔径分割图像，得到子孔径数据的背景图像。

11、根据本发明的实施例，将相位信息和背景图像结合，得到子孔径数据的复值数据，包括：将背景图像作为实部、相位信息作为虚部，得到子孔径数据的复值数据。

12、本发明的另一个方面提供了一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像装置，包括：接收模块，用于接收由雷达发送的回波数据；孔径分割模块，用于对回波数据进行孔径分割，得到多个子孔径数据；子孔径数据处理模块，用于对每一子孔径数据执行以下操作：对子孔径数据进行距离压缩和后向投影，得到子孔径数据的成像结果；基于成像结果确定子孔径数据的相位信息和幅度信息；基于幅度信息确定子孔径数据的背景图像；将相位信息和背景图像结合，得到子孔径数据的复值数据；融合模块，用于对多个子孔径数据的复值数据进行相干融合，得到目标图像。

13、本发明的另一个方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现如上述的方法。

14、（三）有益效果

15、本发明提供的地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法及装置至少包括以下有益效果：

16、对回波数据进行分孔径处理，有效提高回波数据的处理效率，并且，在处理过程中本发明提供的成像方法还特别分离出了子孔径图的相位信息，单独对幅度信息进行处理，在相干融合的时候再次使用相位信息，保留了信号的原始相位特征，确保了图像细节还原度。通过将传统bp成像算法与深度学习方法结合起来，利用unet分割模型得到动目标散焦分割图，在成像过程中即可去除掉动目标散焦，有效解决动目标引起的散焦问题且不用采用多通道系统，降低了系统复杂度。并且，本发明利用了地球同步轨道sar长合成孔径时间的特点，在接收到回波数据时就将回波数据分割成子孔径，不同子孔径数据都是同一成像区域的回波信号，在同一个成像网格下处理，因此，子孔径数据的复值数据之间不需要进行图像配准。通过相干融合，可以得到具有高分辨率和清晰度的目标图像，为后续相关任务提供有力的支持。

技术特征：

1.一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法，包括：

2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对所述子孔径数据进行距离压缩和后向投影，得到所述子孔径数据的成像结果，包括：

3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述基于成像几何模型对所述回波信号进行后向投影，得到所述子孔径数据的成像结果，包括：

4.根据权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述基于所述雷达和成像网格点之间的斜距和时延，对所述回波信号进行相位补偿，包括：

5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述基于相位补偿后的回波信号确定所述子孔径数据的成像结果，包括：

6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述基于所述幅度信息确定所述子孔径数据的背景图像，包括：

7.根据权利要求6所述成像方法，其特征在于，所述基于所述子孔径噪声分割图像去除所述幅度图像中的噪声，得到所述子孔径数据的背景图像，包括：

8.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述将所述相位信息和所述背景图像结合，得到所述子孔径数据的复值数据，包括：

9.一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像装置，其特征在于，所述装置包括：

10.一种电子设备，包括：

技术总结
本发明提供了一种地球同步轨道合成孔径雷达抑制运动目标的成像方法、装置及电子设备，应用于合成孔径雷达信号处理以及人工智能技术领域，该方法包括：接收由合成孔径雷达发送的回波数据；对回波数据进行孔径分割，得到多个子孔径数据；对每一子孔径数据执行以下操作：对子孔径数据进行距离压缩和后向投影，得到子孔径数据的成像结果；基于成像结果确定子孔径数据的相位信息和幅度信息；基于幅度信息确定子孔径数据的背景图像；将相位信息和背景图像结合，得到子孔径数据的复值数据；对多个子孔径数据的复值数据进行相干融合，得到目标图像。

技术研发人员：黄丽佳,吴一凡,孟大地,王晓晨,尹岩,邓兆国,韩冰,胡玉新
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2025/1/28