一種合成孔徑雷達(dá)sar的廣義極坐標(biāo)成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種合成孔徑雷達(dá)SAR的廣義極坐標(biāo)成像方法，涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，其步驟為：步驟1，合成孔徑雷達(dá)SAR接收目標(biāo)的回波信號(hào)，從回波信號(hào)得到距離波數(shù)域信號(hào)；步驟2，利用方位去斜函數(shù)對(duì)距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行方位去斜；步驟3，得到相位補(bǔ)償之后的信號(hào)；步驟4，對(duì)相位補(bǔ)償之后的信號(hào)在距離向上進(jìn)行傅里葉逆變換，再進(jìn)行變標(biāo)，相位校正及保相操作，得到最終成像結(jié)果。本發(fā)明能夠降低載機(jī)試驗(yàn)成本，并適應(yīng)不同的場(chǎng)景要求。
【專利說明】-種合成孔徑雷達(dá)SAR的廣義極坐標(biāo)成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，涉及波束指向合成孔徑雷達(dá)（Beam Steering Synthetic Aperture Radar, BS-SAR)的聚焦，尤其涉及一種合成孔徑雷達(dá)SAR的廣義極坐 標(biāo)成像方法，可用于機(jī)載、星載平臺(tái)合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像處 理。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，針對(duì)合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR)的研究越來越多。 合成孔徑雷達(dá)SAR是一種全天時(shí)、全天候、高分辨的遙感設(shè)備。另外，合成孔徑雷達(dá)SAR還 可以以不同頻率，不同觀測(cè)角在不同極化模式下工作。合成孔徑雷達(dá)SAR的這些特點(diǎn)使其 成為獲取信息靈活有效獲的工具。合成孔徑雷達(dá)SAR還可以產(chǎn)生高分辨率，高精度的圖像。 合成孔徑雷達(dá)成像屬于高分辨成像技術(shù)，在距離方向，它通過發(fā)射大帶寬信號(hào)獲得高分辨； 在方位方向，用一個(gè)運(yùn)動(dòng)的傳感器模擬一個(gè)長(zhǎng)的天線陣列，得到在該方向上較好的分辨率。
[0003] 合成孔徑雷達(dá)SAR可以在多種模式下工作，比如條帶模式、聚束模式、滑動(dòng)聚束模 式、循序掃描地形觀測(cè)（terrain observation by progressive scans, TOPS)模式等。其中 循序掃描地形觀測(cè)TOPS模式、滑動(dòng)聚束模式及聚束模式可統(tǒng)稱為波束指向模式（BS-SAR)。 波束指向合成孔徑雷達(dá)BS-SAR應(yīng)用廣泛，比如海洋和陸地監(jiān)測(cè)、測(cè)繪、城市地區(qū)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害 評(píng)估等。目前，在星載合成孔徑雷達(dá)SAR方面已經(jīng)采用了波束指向合成孔徑雷達(dá)BS-SAR技 術(shù)，比如TerraSAR-X衛(wèi)星，它能夠得到米級(jí)甚至是厘米級(jí)的分辨率。
[0004] 到目前為止，針對(duì)某種特定模式的成像算法已經(jīng)很多了。對(duì)于循序掃描地形觀測(cè) T0PSSAR模式和滑動(dòng)聚束SAR模式，由于其多普勒中心隨慢時(shí)間線性變化，方位向信號(hào)是模 糊的。為了處理這種模糊，人們提出了多種方法，比如基于子孔徑的ECSA方法，基帶方位變 標(biāo)BAS方法等。另外一種途徑就是全孔徑成像算法。"two-st印"算法可以用來處理TOPS SAR模式和滑動(dòng)聚束SAR模式數(shù)據(jù)，然而直接用匹配濾波器對(duì)方位向信號(hào)進(jìn)行脈壓會(huì)導(dǎo)致 聚焦結(jié)果的混疊。針對(duì)循序掃描地形觀測(cè)T0PSSAR數(shù)據(jù)處理，Engen.etal.提出了滑動(dòng)帶 寬 CZ 變換（Chirp Z-Transform)方法。
[0005] 而對(duì)于聚束模式SAR模式，其方位向信號(hào)也是模糊的。人們提出了基于子孔徑的 方法，比如CS(Chirp Scaling)算法，F(xiàn)S(Frequency Scaling)算法以及它們的擴(kuò)展形式來 處理這種模糊。另一種有效的方法是"two-step"算法。對(duì)于上述方法，傳統(tǒng)算法被用來進(jìn) 行距離徙動(dòng)校正，匹配濾波器用來對(duì)變換到方位頻域的信號(hào)進(jìn)行聚焦處理。逆合成孔徑雷 達(dá)成像中的極坐標(biāo)算法PFA也可以用來處理聚束合成孔徑雷達(dá)SAR數(shù)據(jù)。
[0006] 以上成像處理算法都只針對(duì)一種合成孔徑雷達(dá)SAR模式，而不能同時(shí)兼顧聚束 SAR、滑動(dòng)聚束SAR和TOPS SAR三種模式。針對(duì)波束指向合成孔徑雷達(dá)（BS-SAR)不同的模 式就需要在載機(jī)上安裝相應(yīng)的成像處理模塊，增加了研究成本，在成像場(chǎng)景未知的情況下 更帶來了很多的不便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)中的極坐標(biāo)算法（Polar Formation Algorithm，PFA)加以改進(jìn)，提供一種能夠處理聚束SAR、滑動(dòng)聚束SAR和循序掃描地形觀測(cè) TOPS SAR三種模式的廣義極坐標(biāo)（Generalized Polar Formation Algorithm，GPFA)成像方 法，能夠降低載機(jī)試驗(yàn)成本，并適應(yīng)不同的場(chǎng)景要求。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0009] -種合成孔徑雷達(dá)SAR的廣義極坐標(biāo)成像方法，其特征在于，包括以下步驟： [0010] 步驟1，合成孔徑雷達(dá)SAR接收目標(biāo)的回波信號(hào)，從回波信號(hào)得到距離波數(shù)域信號(hào) s (Kr, ta)；
[0011] 步驟2,構(gòu)造方位去斜函數(shù)Hde ePFA，利用方位去斜函數(shù)Hde ePFA對(duì)距離波數(shù)域信號(hào) s (&，ta)進(jìn)行方位去斜，即距離波數(shù)域信號(hào)s (&，ta)乘以方位去斜函數(shù)Hde ePFA，得到方位去 斜之后的信號(hào)s'（心，ta);
[0012] 步驟3,對(duì)方位去斜之后的信號(hào)s'（&，ta)進(jìn)行二維插值操作并進(jìn)行相位補(bǔ)償，得 到相位補(bǔ)償之后的信號(hào)S ePFA(Y，Kx);
[0013] 步驟4,對(duì)相位補(bǔ)償之后的信號(hào)SePFA(Y，Kx)在距離向上進(jìn)行傅里葉逆變換，再進(jìn)行 變標(biāo)，相位校正及保相操作，得到最終成像結(jié)果，該最終成像結(jié)果即為合成孔徑雷達(dá)SAR的 廣義極坐標(biāo)成像結(jié)果。
[0014] 上述技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步改進(jìn)在于：
[0015] (1)步驟1包括以下子步驟：
[0016] la)對(duì)回波信號(hào)在距離時(shí)域上進(jìn)行脈壓處理；
[0017] lb)將經(jīng)過脈壓處理之后的回波信號(hào)在距離向上進(jìn)行傅里葉變換，再變換到距離 波數(shù)域，得到距離波數(shù)域信號(hào)s(L ta)表達(dá)式為：

【權(quán)利要求】
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成孔徑雷達(dá)SAR的廣義極坐標(biāo)成像方法，其特征在于， 步驟4包括以下子步驟 4a)對(duì)相位補(bǔ)償之后的信號(hào)SePFA(Y，Kx)在距離向上進(jìn)行傅里葉逆變換，得到距離向上 傅里葉逆變換之后的信號(hào)Si (Y，Kx); 4b)利用變標(biāo)函數(shù)對(duì)距離向上傅里葉逆變換之后的信號(hào)Si (Υ，ΚΧ)進(jìn)行方位向變標(biāo)處 理，即傅里葉逆變換之后的信號(hào)51(￥，1〇乘以變標(biāo)函數(shù)，得到變標(biāo)后信號(hào)S2(Y，K X); 變標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：
其中，σ表示散射系數(shù)，G,表示距離向脈壓增益，Ga表示方位脈壓增益，Rsel表示變標(biāo)距 離，它決定了最終圖像方位采樣間隔的長(zhǎng)度，Ky(l表示Ky的中值，KX表示方位波數(shù)，K y表示距 離波數(shù)，RMf表示參考距離，RMt表示旋轉(zhuǎn)中心距離，乂"表示成像場(chǎng)景中目標(biāo)的方位向位置， Yn表示成像場(chǎng)景中參考目標(biāo)的距離向位置，Y成像場(chǎng)景中任一目標(biāo)的距離向位置； 4f)對(duì)方位波數(shù)域信號(hào)S5 (Υ，Κχ)進(jìn)行保相處理，即乘以相位函數(shù)& (Υ，Κχ)，得到最終成 像結(jié)果；
其中，&表示方位波數(shù)，Ky表示距離波數(shù)，1?#表示參考距離，RMt表示旋轉(zhuǎn)中心距離， KyQ表示Ky的中值，Y表示成像場(chǎng)景中任一目標(biāo)的距離向位置，Rsel表示變標(biāo)距離，它決定了 最終圖像方位采樣間隔的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK104062657SQ201410238167
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】孫光才, 左紹山, 邢孟道, 保錚 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)