專利名稱：基于非均勻采樣的dpc-mab sar成像方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像方法，屬于合成孔徑雷達(SAR)信號處理領域。
背景技術：
合成孔徑雷達(SAR)是一種重要的可全天時、全天候作業(yè)的成像系統(tǒng)。它通過距離向的脈沖壓縮和方位向合成孔徑處理來實現(xiàn)二維高分辨成像，已廣泛用于戰(zhàn)場偵查、精確制導、資源探測、地形測繪和災情監(jiān)控等諸多軍用和民用領域。對于常規(guī)SAR，高分辨率與寬測繪帶相矛盾，二者難以同時實現(xiàn)。多相位中心方位向多波束(DPC-MAB)模式SAR通過在方位向采用一發(fā)多收的方式可有效解決高分辨率和寬測繪帶之間的矛盾，但嚴格限制了對脈沖重復頻率(PRF)的選擇。當PRF=2Va/(M.d)時才能保證各波束方位向回波信號組合后為均勻采樣信號，其中M為方位向子天線數(shù)，Va為平臺速度，d為子天線相位中心間距。實際中系統(tǒng)的PRF往往會偏離該理論值，這時組合后的方位向信號為周期非均勻采樣信號，直接成像將會導致方位向上出現(xiàn)虛假目標，影響SAR成像質量。因此，基于非均勻采樣的成像方法是DPC-MAB SAR數(shù)據(jù)處理的重點。傳統(tǒng)的DPC-MAB SAR的成像方法首先利用現(xiàn)有的重構方法實現(xiàn)方位向均勻采樣信號的重構，然后再使用經(jīng)典的成像方式進行成像處理。目前已有的基于周期非均勻采樣信號的信號重構方法可大體分為兩類:時域重構和頻域重構。時域重構方法利用非均勻采樣重構均勻采樣信號，而頻域重構方法則重構均勻采樣信號的頻譜。這兩類信號重構方法均能很好地重構方位向的均勻信號，消除方位向多普勒頻譜的混疊，從而有效去除成像結果中的虛假目標。然而，這種傳統(tǒng)的DPC-MAB SAR成像方法在重構的均勻采樣信號滿足納奎斯特采樣率的情況下才能實現(xiàn)目標的準確成像，在欠采樣的情況則不能有效消除虛假目標。為了解決實際中可能面臨的欠采樣問題，因此有必要研究低采樣率情況下的DPC-MAB SAR的成像實現(xiàn)。分數(shù)階傅里葉變換(fractional Fourier transform, FRFT)是一種近年來在信號處理界引起廣泛關注的數(shù)學工具。作為傅里葉變換(Fourier Transform,FT)的一種廣義形式，它比傳統(tǒng)FT多了一個自由參量，適用于處理非平穩(wěn)信號。FRFT可以理解為chirp基分解,它對chirp信號具有很好的聚集性,對分析和處理chirp類信號具有更大的優(yōu)勢。而在SAR系統(tǒng)中發(fā)射的信號一般為chirp信號，利用這一特點，并且考慮到FRFT的相位調制乘積項對于SAR成像結果的幅值沒有影響，因此本發(fā)明利用簡化的分數(shù)階傅里葉變換(SFRFT)來實現(xiàn)基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對DPC-MAB SAR面臨的方位向周期非均勻采樣信號這一問題，提出了一種新型的基于簡化分數(shù)階傅里葉變換的DPC-MAB SAR成像方法，該方法在重構的均勻采樣信號滿足納奎斯特采樣率的情況和欠采樣率的情況均能有效實現(xiàn)目標的準確成像。本發(fā)明所述的一種基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像方法，包括如下步驟:
步驟1:DPC_MAB SAR系統(tǒng)接收來自各方位向子天線的M個通道的回波數(shù)據(jù)，其中每個通道的距離向采樣點數(shù)為隊，方位向采樣點數(shù)為Na，即每個通道的回波數(shù)據(jù)為NaX隊的矩陣JfM個通道的回波數(shù)據(jù)進行組合，組合后的回波數(shù)據(jù)[XJ的距離向采樣點數(shù)仍為隊，方位向采樣點數(shù)為L=MNa，即組合后的回波數(shù)據(jù)為LX隊的矩陣[XJ，該矩陣的第I行至第M行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第一行，該矩陣的第(M+1)行至第2M行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第2行，以此類推，該矩陣的第((Na-1)M+1)行至第NaM行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第Na行；步驟2:組合后的回波數(shù)據(jù)[XJ等效為常規(guī)單通道SAR回波數(shù)據(jù)，對該等效回波數(shù)據(jù)[XJ進行距離向的脈沖壓縮，得到矩陣[XJ ；步驟3:確定等效回波數(shù)據(jù)[XJ的方位向周期非均勻采樣的L個時間點的集合:tn=tm+ceil (n/M) PRT, n=0,1,...., L-1, m=nmod Μ, (I)其中 t0=0, t^d/(2Va),……，^1=(M-1)(VOVa), PRT為實際DPC-MAB SAR系統(tǒng)的方位向脈沖重復周期，ceil(.)表示下取整，modM表示模M求余，d為子天線相位中心間距，Va是平臺飛行速度；步驟4:根據(jù)步驟3獲得的前M個非均勻采樣時間點{tm，m=0，l，-.M-1}得到MXM的矩陣[A]，[A]的第i行第k列元素[A]i,k由式(2)計算，其中T=PRT/M;
權利要求
1.一種基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像方法，其特征在于，包含如下步驟: 步驟1:DPC-MAB SAR系統(tǒng)接收來自各方位向子天線的M個通道的回波數(shù)據(jù)，其中每個通道的距離向采樣點數(shù)為隊，方位向采樣點數(shù)為Na，即每個通道的回波數(shù)據(jù)為NaX隊的矩陣JfM個通道的回波數(shù)據(jù)進行組合，組合后的回波數(shù)據(jù)[XJ的距離向采樣點數(shù)仍為隊，方位向采樣點數(shù)為L=MNa，即組合后的回波數(shù)據(jù)為LX隊的矩陣[XJ，該矩陣的第I行至第M行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第一行，該矩陣的第(M+1)行至第2M行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第2行，以此類推，該矩陣的第((Na-1)M+1)行至第NaM行分別對應通道I至通道M回波數(shù)據(jù)矩陣的第Na行； 步驟2:組合后的回波數(shù)據(jù)[XJ等效為常規(guī)單通道SAR回波數(shù)據(jù)，對該等效回波數(shù)據(jù)[XJ進行距離向的脈沖壓縮，得到矩陣[XJ ； 步驟3:確定等效回波數(shù)據(jù)[XJ的方位向周期非均勻采樣的L個時間點的集合{tn}:
2.根據(jù)權利要求1所述的基于非均勻采樣的DPC-MABSAR成像方法，其特征在于，步驟7中所述計算距離向脈沖壓縮后的矩陣[AJ的第(1列的階次為？=2&1'(^於(23110/31的分數(shù)階傅里葉變換(Z/u.)的方法如下:
3.根據(jù)權利要求2所述的基于非均勻采樣的DPC-MABSAR成像方法，其特征在于，景中心斜距Rtl由平臺高度和俯仰角計算得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像方法，屬于合成孔徑雷達信號處理領域。本發(fā)明針對DPC-MAB SAR系統(tǒng)面臨的方位向周期非均勻采樣問題，將M個通道的回波數(shù)據(jù)進行組合，等效為常規(guī)單通道SAR回波數(shù)據(jù)進行距離向的脈沖壓縮，根據(jù)周期非均勻采樣點計算等效回波數(shù)據(jù)每一列的簡化分數(shù)階傅里葉變換，通過重建均勻采樣信號的簡化分數(shù)階傅里葉變換譜來實現(xiàn)目標的成像。本發(fā)明不僅在滿足納奎斯特采樣率下實現(xiàn)目標的準確成像，相比傳統(tǒng)的成像方式，還能實現(xiàn)欠采樣情況下的目標成像，解決了低采樣率下基于非均勻采樣的DPC-MAB SAR成像問題。
文檔編號G01S13/90GK103105610SQ201310020268
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權日2013年1月18日
發(fā)明者趙娟, 陶然, 白霞, 辛怡, 史若凡 申請人:北京理工大學