一种基于波数域算法的步进频sar的成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合成孔径雷达技术领域。
【背景技术】
[0002] 步进频SAR是目前国内外高分辨率技术中的研究热点，具有测距精度高、抗杂波 能力强、可以识别真假目标和反隐身等优点，在军用和民用等领域有着广阔的应用前景。
[0003] 步进频SAR通过合成子脉冲得到的大带宽信号来实现距离向高分辨率，通过雷达 载机平台的运动，形成长线性阵列来实现方位向高分辨率。平台相对地面静止目标之间的 运动分为三种：发射脉冲期间的运动、接收脉冲期间的运动以及相邻发射脉冲之间的运动。 步进频SAR的脉冲间运动引起的斜距变化会导致目标距离像的偏移和质量的退化（包括分 辨率和信噪比），必须要补偿这个斜距变化值。
[0004] 针对补偿方法的研究，大部分文献分析了雷达径向速度对步进频SAR-维距离像 的影响，通常采用一种改变脉冲重复间隔的方法来消除多普勒二次相位，合成距离成像的 结果只体现为距离像的平移，避免了距离向分辨率的恶化和信噪比的损失。但这种补偿方 法是基于一维距离成像而言的，对于二维成像不适用。
[0005] 对于步进频SAR成像算法的研究，通常是先进行频域宽度拼接，把窄带信号拼接 为宽度信号，频域宽度拼接得到一维高分辨距离像，然后再利用距离多普勒算法、后向投影 算法以及的ChirpScaling算法等得到二维压缩图像。
【发明内容】
[0006] 本文提出一种基于波数域算法的步进频体制的高分辨率合成孔径雷达 (SyntheticApertureRadar，SAR)的成像方法。由于步进频SAR回波信号的距离向是频 域信号，方位向为线性调频时域信号，可以用驻定相位原理对方位向进行FFT后变为二维 频域信号，其相位中有一项是由脉冲间斜距差引入的，提出了在二维频域中补偿方法，解决 脉冲间运动引起的斜距变化导致的目标距离像偏移和质量退化。而波数域成像算法的主要 聚焦操作是在二维频域上实现的，另外，只要满足速度恒定，就能够在大孔径范围内校正沿 距离向的距离走动变化。同时，步进频SAR-般应用在高分辨率情形下，而波数域算法精度 较高，计算量相对适中。
[0007] 本发明提出一种基于波数域算法的步进频SAR的成像方法，该方法包括如下步 骤：
[0008] 步骤1 :对接收合成孔径雷达的回波信号，利用驻定相位原理对回波信号的方位 向进行快速傅里叶变换，获得二维频域数据；
[0009] 步骤2 :将二维频域数据与补偿函数相乘，补偿雷达与目标之间的相对运动导致 的脉冲间对应的瞬时斜距差；
[0010] 步骤3 :对步骤2获得数据进行聚焦处理，将步骤2获得的结果与参考函数相乘， 使参考处目标得到完全聚焦，非参考处目标得到部分聚焦；
[0011] 步骤4 :对步骤3获得的数据进行Stolt插值，完成非参考处目标的补余聚焦；
[0012] 步骤5 :对步骤4获得的聚焦数据进行距离向快速傅里叶逆变换，完成距离压缩；
[0013] 步骤6 :对步骤5获得距离向压缩数据进行方位向快速傅里叶逆变换，完成方位压 缩，将信号变回到时域即图像域。
[0014] 进一步的所述步骤2中的补偿函数为：
[0015]H(fa) =exp(-j2nfanTr)
[0016] 其中：fa表示多普勒频率，n表示匕时发射的子脉冲序号，n= 0, 1，…，N-l，表 示雷达脉冲周期。
[0017] 进一步的所述步骤3中使用RFM滤波器对参考距离处的相位进行补偿，使参考处 目标得到完全聚焦，而非参考处目标得到部分聚焦。
[0018] 本发明的有益效果是，提出了在二维频域中补偿了雷达与目标之间的相对运动导 致的脉冲间对应的瞬时斜距差，校正图像距离像的偏移和提高图像质量。后续使用波数域 算法，即通过参考函数相乘和Stolt插值在距离频域采样点、方位多普勒域中精确聚焦目 标。
【附图说明】
[0019] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020] 图1是步进频SAR信号图。
[0021] 图2是雷达数据获取的几何关系图。
[0022] 图3是本发明的步进频SAR的波数域成像算法流程图。
[0023] 图4是多点目标成像仿真等高线图。
[0024] 图5是多点目标成像仿真的三维图。
[0025] 图6中（a)是点目标1成像仿真结果的方位剖面图；(b)是点目标1成像仿真结 果的距离剖面图；
[0026] (c)是点目标2成像仿真结果的方位剖面图；（d)是点目标2成像仿真结果的距离 剖面图。
[0027] (e)是点目标3成像仿真结果的方位剖面图；（f)是点目标3成像仿真结果的距离 剖面图。
【具体实施方式】
[0028] 步进频SAR通过发射多个子脉冲来合成宽带信号，每个子脉冲的频率是不同的， 如图1所示。设发射N个子脉冲，第n+1子脉冲信号可以表示为：
[0029] st(t,n) = 〇n(t)exp(j2 3ifcnt) (1)
[0030] 其中，n= 0, 1, "'N-l，〇n(t) =rect(t/Tpn)表示矩形窗函数，Tpn表示窗宽度即 第n+1个脉冲信号宽度，表示第n+1个子脉冲的中心频率；设脉冲间步进频间隔Af是 相等的，步进频信号的起始频率为f。，则之"=fc+nAf，t表示时间。
[0031] 对于与雷达的距离为R的目标，回波时延t=2R/c，c为光速，回波信号为：
[0032] sr(t,n) = 〇n(t-x)exp[j2 3ifcn(t-x)] (2)
[0033] 对回波信号进行解调至基带信号，使用的参考信号为：
[0034] sref(t,n) =exp(j2nfcnt) (3)
[0035] 解调后，信号为：
[0036] sd(t,n) = 〇n(t-x)exp(-j2 3ifcnx) (4)
[0037] 将T = 2R/c和fcn=fc+nAf代入式（4)，信号为：
[0038]
(5)
[0039] 由于雷达的运动，雷达与目标之间的距离是随着时间变化的，用R(t)代替R表示 瞬时距离。设点目标在距离向、方位向二维空间的位置为（〇，R。)，雷达在方位向运