專利名稱：臨近空間慢速平臺(tái)sar成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像中的臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)是一種全天時(shí)、全天候的現(xiàn)代高分辨率微波遙感成像雷達(dá)，它利用雷達(dá)天線和目標(biāo)區(qū)域間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來獲得空間的高分辨率。在軍事偵察、地形測繪、植被分析、海洋及水文觀測、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)視、資源勘探以及地殼微變檢測等領(lǐng)域，合成孔徑雷達(dá)發(fā)揮了越來越重要的作用。但是傳統(tǒng)的機(jī)載SAR存在滯空時(shí)間短、隱身性能差、容易遭受地面攻擊等問題；而星載SAR不能對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行連續(xù)成像，靈活性較差等，無法對(duì)環(huán)境(災(zāi)害)監(jiān)控、敏感地區(qū)偵察等民用及軍用領(lǐng)域中的大場景實(shí)現(xiàn)連續(xù)高分辨SAR成像。臨近空間慢速平臺(tái)SAR是指在臨近空間慢速平臺(tái)上部署合成孔徑雷達(dá)，一般采用慢速飛艇作為載體。由于平臺(tái)的特殊性，使得其具有其獨(dú)特的優(yōu)勢:與星載SAR相比，重訪周期短，具有更快的反應(yīng)能力，能對(duì)緊急事件迅速做出響應(yīng)；與機(jī)載SAR相比，其滯空時(shí)間長，能對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行長期持續(xù)觀測，同時(shí)可以利用脈沖重復(fù)頻率冗余的特點(diǎn)，使波束在同一位置指向不同的角度(前斜視、正側(cè)視、后斜視)，具有實(shí)現(xiàn)大場景成像的能力，因此臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像技術(shù)的研究具有重要的意義。然而由于不同模式的混合及大場景成像的要求，致使臨近空間慢速平臺(tái)SAR回波徙動(dòng)以及方位分辨率均存在明顯的空變特征。針對(duì)合成孔徑雷達(dá)成像中的空變問題，文獻(xiàn)“Real-Time Synthetic ApertureRadar (SAR) Processing with a New Subaperture Approach, IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing, vol.30，n0.4，pp.714-721,1992” 和“A sub-aperturerange—Doppler processor for bistatic fixed-receiver SAR, European Conferenceon Synthetic Aperture Radar (EUSAR)，2006, Dresden” 通過數(shù)據(jù)方位分塊克服距離徙動(dòng)的方位空變，然后采用距離-多普勒成像算法實(shí)現(xiàn)SAR成像，但實(shí)際中面臨如何分塊，以及復(fù)雜的幾何校正問題；文獻(xiàn)“Focus Improvement of Highly Squinted Data Based onAzimuth Nonlinear Scaling, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, v
ol.49，n0.6，pp.2308-2322,2011”和“Extended nonlinear chirp scaling algorithm forhigh-resolution highly squint SAR data focusing,IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, vol.50, n0.9, pp.3595-3609, 2012” 首先通過時(shí)域校正線性走動(dòng)，然后采用非線性調(diào)頻變標(biāo)方法(NLCS)克服多普勒參數(shù)的方位空變，實(shí)現(xiàn)大斜視SAR成像，同樣存在由于時(shí)域校正走動(dòng)所帶來的復(fù)雜幾何校正問題；文獻(xiàn)“Synthetic-aperture radarprocessing using fast factorized back—projection,IEEE Transactions on Aerospaceand Electronic Systems, vol.39, n0 .3, pp.760-776, 2003” 米用 BP 成像方法，將目標(biāo)能量從回波域投影到圖像域，能夠避免復(fù)雜的距離徙動(dòng)校正和幾何校正問題，但仍然存在方位分辨率空變?cè)斐傻膱D像畸變問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像處理方法。本發(fā)明的解決方案是采用寬視場共孔徑的工作模式，基于漸變孔徑后向反投影的方法實(shí)現(xiàn)大場景成像:采用后向反投影方法，克服距離徙動(dòng)的空變問題，在方位向使用漸變孔徑，解決不同視角下圖像方位向分辨率不同而引起的空變及圖像畸變問題，最終實(shí)現(xiàn)臨近空間慢速平臺(tái)SAR大場景成像。本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:一種臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法，具體包括如下步驟:步驟一:獲取目標(biāo)回波；慢速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿y軸運(yùn)動(dòng)，速度為V，參考原點(diǎn)設(shè)為場景中心，零時(shí)刻記為正側(cè)視模式下波束中心位于場景坐標(biāo)系原點(diǎn)處，平臺(tái)零時(shí)刻位置坐標(biāo)記為(Xo，O, to，場景中任一目標(biāo)場景P(x，y)的位置坐標(biāo)記為(x，y，0)，散射系數(shù)記為σ (x，y);慢速平臺(tái)SAR零時(shí)刻位
置與場景坐標(biāo)系原點(diǎn)間的距離記為鳥=λΑ +K ;天線波束先指向后斜視區(qū)域，發(fā)射一個(gè)
脈沖，錄取回波后指向正側(cè)視區(qū)域，在正側(cè)視區(qū)域發(fā)射一個(gè)脈沖，錄取回波后指向前斜視區(qū)域，在前斜視區(qū)域發(fā)射一個(gè)脈沖，錄取回波后再指向后斜視區(qū)域，依此順序錄取目標(biāo)場景回波；三種模式下的方位時(shí)間分別記為后斜視\、正側(cè)視丨2、前斜視丨3，其中，\ePRl.α i+3
i+6 i+9…PRI為方位向脈沖重復(fù)間隔，距離歷史為及認(rèn);X，_y) = -- Y + (j; — Vti)2 + h；
，1=1,2,3 ； 設(shè)發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)s(r) = red γ exp(jH,.r2+J'2;r/Q2.)，其中，τ為快
_ r _
時(shí)間變量，Kr為調(diào)頻斜率，Tr為脈沖時(shí)寬，f0為載頻；從目標(biāo)場景P(x，y)反射的回波經(jīng)下變頻后表達(dá)式為:U(⑷= JLs 咖 >，)縦{Hf
_r」La _X exp j JttK丨.r —2剛’-γ，.>) |，/ = Ij 2,3X exp {-]4π Z0Riti; x, y) / cj dxdy其中，td(y)=y/v,τ d(\;x, y) =2R(ti;x, y)/c 是雙程回波延遲,rect [.]和 ω3[.]分別表示快時(shí)間域和慢時(shí)間域的窗函數(shù)，Ta是慢時(shí)間域的窗寬度，LOSi表示不同波束視線下的工作模式，i表不序號(hào)；步驟二:數(shù)據(jù)重排；將獲取到的回波數(shù)據(jù)按后斜視、正側(cè)視、前斜視三種模式進(jìn)行重排，同一種模式下的回波數(shù)據(jù)排在一起:第{14 7 10……}個(gè)脈沖回波排在一起，第{2 5 8 11……}個(gè)脈沖回波排在一起，第{3 6 9 12……}個(gè)脈沖回波排在一起；步驟三:距離向脈沖壓縮；
構(gòu)造脈沖壓縮頻域匹配函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法，具體包括如下步驟: 步驟一:獲取目標(biāo)回波； 慢速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿y軸運(yùn)動(dòng)，速度為V，參考原點(diǎn)設(shè)為場景中心，零時(shí)刻記為正側(cè)視模式下波束中心位于場景坐標(biāo)系原點(diǎn)處，平臺(tái)零時(shí)刻位置坐標(biāo)記為( O，10，場景中任一目標(biāo)場景P(x，y)的位置坐標(biāo)記為(x，y，0)，散射系數(shù)記為σ (x，y);慢速平臺(tái)SAR零時(shí)刻位置與場景坐標(biāo)系原點(diǎn)間的距離記為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法，其特征在于，步驟五中所述的拼接采用線性過度拼接方式，具體過程如下: 設(shè)P1、P2為兩塊待拼接的區(qū)域，重疊區(qū)域?yàn)镃l、C2，則拼接后重疊部分區(qū)域圖像在點(diǎn)(x, y)處的像素值可以表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法，其特征在于，所述加權(quán)矢量wl=l-x/Nre, w2=x/Nre, Nre 為重疊區(qū)域采樣點(diǎn)數(shù)，x e [O, NrJ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種臨近空間慢速平臺(tái)SAR成像方法，具體包括步驟獲取目標(biāo)回波，數(shù)據(jù)重排，距離向脈沖壓縮，變孔徑后向反投影成像，數(shù)據(jù)拼接并輸出成像結(jié)果。本發(fā)明的解決方案是采用寬視場共孔徑的工作模式，基于漸變孔徑后向反投影的方法實(shí)現(xiàn)大場景成像采用后向反投影方法，克服距離徙動(dòng)的空變問題，在方位向使用漸變孔徑，解決不同視角下圖像方位向分辨率不同而引起的空變及圖像畸變問題，最終實(shí)現(xiàn)臨近空間慢速平臺(tái)SAR大場景成像。
文檔編號(hào)G01S13/90GK103235309SQ20131014284
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者楊建宇, 夏永紅, 李文超, 黃鈺林, 蔣文, 宋雷權(quán), 袁野 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)