一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法技术

本发明专利技术属于SAR成像技术领域，特别涉及一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法，其具体步骤为:(1)对原始回波数据进行距离向傅里叶变换；(2)对信号进行距离匹配滤波处理，并乘以旋转校正函数，实现波数谱支撑区的正侧化处理；(3)对信号进行方位向傅里叶变换，在二维波数域进行方位重采样插值；(4)对信号乘以统一相位补偿函数，并进行扩展Stolt插值，然后通过距离逆傅里叶变换实现距离向的空间位置域聚焦；(5)对信号乘以去斜校正函数，并进行方位逆傅里叶变换，在方位空间位置域乘以方位位置校正函数，最后再通过方位傅里叶变换，实现方位向的波数域聚焦。本发明专利技术应用范围广泛，可实现较高分辨率成像，可用于地图测绘，目标识别等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于SAR成像
，特别涉及一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法，可用于机载、星载平台的SAR成像处理。
技术介绍
SAR(合成孔径雷达)作为一种主动探测工具能够对观测场景进行高分辨微波成像，在遥感领域得到广泛应用。其通过发射宽频带的信号获得距离维的高分辨特性，而方位维则利用平台运动产生的多普勒信息实现高分辨。近年来随着各种成像算法的成熟和发展，兼顾成像质量的同时，实时性成为很多成像系统的必备要求。子孔径概念的提出一定程度解决了成像质量与成像效率这对矛盾，由于子孔径数据成像具有录取时间短、积累的相位误差小等特点，可在适当损失分辨率的代价下简化处理流程，减小了运动补偿复杂度、计算量和存储量，实现实时成像。而对于大斜视(斜视角大于45度)成像，最大的困难在于解决由大的斜视角所带来的距离单元徙动以及距离方位向的二维耦合问题。传统的斜视SAR成像方法大都是通过一定的近似消除这种耦合，包括距离多普勒算法(RDA)，调频变标算法(CSA)，SPECAN算法等，但这种近似在一定程度上使其使用范围得到限制。而Omega-K算法则可以通过Stolt插值实现无近似的RCM校正解耦合，是一种较为理想的成像方法。现有Omega-K算法主要针对于全孔径成像的研究，并且忽略大斜视角所带来的波数谱支撑区的斜拉特性，较大的影响了成像质量。另外，传统的Omega-K算法直接应用于子孔径数据则会导致方位位置的混叠错位，无法反应真实方位位置，同时无法进行统一方位的加窗抑制旁瓣。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法，本专利技术将斜视二维波数谱正侧化为正侧视情况,增大波数域支撑区的利用率，并通过方位重采样解决方位调频率的空变，进而改善在大斜视情况下的成像质量。同时该专利技术能够适用于子孔径数据成像，解决了由于子孔径方位位置支撑区较小而出现的方位混叠问题，并实现了方位的统一加窗处理。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法包括以下步骤：步骤1，利用机载合成孔径雷达发射线性调频信号，利用机载合成孔径雷达接收对应的回波信号；对回波信号进行解调，得到解调后的基带回波信号其中，为机载合成孔径雷达距离向位置变量，X为机载合成孔径雷达方位向位置变量，R0为机载合成孔径雷达波束中心扫过场景中心点时的斜距；对基带回波信号进行距离向傅里叶变换，得出距离波数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)，Kr为机载合成孔径雷达距离波数变量；步骤2，将距离波数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)进行距离向匹配滤波处理，得出距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)；步骤3，将距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)乘以旋转校正函数HLRWC(Kr,X)，得出旋转校正后信号S3(Kr,X)，其中，旋转校正函数HLRWC(Kr,X)＝exp[-jKrXsinθ0]，θ0为机载合成孔径雷达的波束中心斜视角；步骤4，对旋转校正后信号S3(Kr,X)进行方位向傅里叶变换，得到二维波数域信号S4(Kr,Kx)，Kx为机载合成孔径雷达方位波数变量；步骤5，将R0＝R0'-Xnsinθ0代入二维波数域信号S4(Kr,Kx)的表达式中，得出第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)；令Kx′=[(Krsinθ0+Kx)·cosθ0-Kr2-(Krsinθ0+Kx)2·sinθ0]·cosθ0;]]>将Kx'的表达式代入第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)的表达式中，得出第二次形式变换后的二维波数域信号S6(Kr,Kx')；步骤6，对二维波数域信号S6(Kr,Kx')依次进行相位补偿、Stolt插值处理、距离向逆傅里叶变换、去斜处理、方位向逆傅里叶变换、方位波数域聚焦成像，得出最终SAR聚焦成像结果。本专利技术的有益效果为：1)本专利技术采用Omega-K算法的Stolt插值实现RCM和耦合量的无近似校正,改善了成像效果。2)传统Omega-K算法在应用时忽略了大斜视角所带来的二维波数谱的斜拉特点，在完成插值后进行二维逆傅里叶变换时，选取矩形区支撑区受限，导致利用率较低，影响成像质量。本专利技术通过波数谱的正侧化，实现了波数谱支撑区的“扳正”处理，进而扩大了支撑区的利用率，大幅改善成像分辨率。3)对于子孔径数据成像，由于受限制于较小的子孔径位置支撑区，传统Omega-K算法在方位位置域聚焦将可能导方位聚焦位置出现混叠甚至反折，无法真实反映目标几何位置，需要进行方位补零扩展，大大加剧算法运算量。本专利技术通过改进Omega-K算法，将距离向与方位向分开处理，实现距离向空间位置域聚焦，而方位向实现波数域无混叠聚焦，避免了大量的补零操作，降低了运算量。4)由于子孔径数据成像时，同一距离单元内不同方位位置的点目标，在完成距离压缩后，其方位向谱线处于同一距离单元但在方位向各自分离，无法进行统一的加窗处理。本专利技术通过“去斜”处理，通过在二维波数域乘以校正函数实现了各点目标数据在方位位置域的对齐，进而可通过统一加窗进行旁瓣抑制处理。附图说明图1a为斜视SAR成像几何模型示意图；图1b为机与场景散射点斜平面几何关系示意图；图2为本专利技术的一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法的流程图；图3a为大斜视SAR的二维斜视成像点目标二维波数谱支撑区示意图，图3b为二维波数谱支撑区被扳正后的点目标二维波数谱支撑区示意图；图4为本专利技术实施例中时域校正线性走动示意图；图5a是本专利技术实施例中距离聚焦处理后相位-波数变化率分布线示意图；图5b是本专利技术实施例中统一“去斜”校正函数的相位-波数变化率分布线示意图；图5c为本专利技术实施例中“去斜”处理后相位-波数变化率分布线示意图；图5d为本专利技术实施例中“去斜”处理后进行方位IFFT后的相位-位置变换率分布线示意图；图5e为本专利技术实施例中方位位置域校正函数的相位-位置变换率分布线示意图；图5f为本专利技术实施例中经过方位位置域校正函数扳正后的相位-位置变换率分布线示意图；图5g为本专利技术实施例中最终经方位FFT在方位波数域聚焦时的相位-波数变化率分布线示意图；图6为仿真实验中点目标仿真几何示意图；图7a为仿真实验1中标准Omega-K算法的最终SAR聚焦成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种子孔径SAR大斜视改进Omega‑K成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用机载合成孔径雷达发射线性调频信号，利用机载合成孔径雷达接收对应的回波信号；对回波信号进行解调，得到解调后的基带回波信号其中，为机载合成孔径雷达距离向位置变量，X为机载合成孔径雷达方位向位置变量，R0为机载合成孔径雷达波束中心扫过场景中心点时的斜距；对基带回波信号进行距离向傅里叶变换，得出距离波数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)，Kr为机载合成孔径雷达距离波数变量；步骤2，将距离波数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)进行距离向匹配滤波处理，得出距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)；步骤3，将距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)乘以旋转校正函数HLRWC(Kr,X)，得出旋转校正后信号S3(Kr,X)，其中，旋转校正函数HLRWC(Kr,X)＝exp[‑jKrXsinθ0]，θ0为机载合成孔径雷达的波束中心斜视角；步骤4，对旋转校正后信号S3(Kr,X)进行方位向傅里叶变换，得到二维波数域信号S4(Kr,Kx)，Kx为机载合成孔径雷达方位波数变量；步骤5，将R0＝R0'‑Xnsinθ0代入二维波数域信号S4(Kr,Kx)的表达式中，得出第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)；令Kx′=[(Krsinθ0+Kx)cosθ0-Kr2-(Krsinθ0+Kx)2·sinθ0]·cosθ0;]]>将Kx'的表达式代入第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)的表达式中，得出第二次形式变换后的二维波数域信号S6(Kr,Kx')；步骤6，对二维波数域信号S6(Kr,Kx')依次进行相位补偿、Stolt插值处理、距离向逆傅里叶变换、去斜处理、方位向逆傅里叶变换、方位波数域聚焦成像，得出最终SAR聚焦成像结果。...

【技术特征摘要】
1.一种子孔径SAR大斜视改进Omega-K成像方法，其特征在于，包括
以下步骤：
步骤1，利用机载合成孔径雷达发射线性调频信号，利用机载合成孔径雷
达接收对应的回波信号；对回波信号进行解调，得到解调后的基带回波信号
其中，为机载合成孔径雷达距离向位置变量，X为机载合成
孔径雷达方位向位置变量，R0为机载合成孔径雷达波束中心扫过场景中心点
时的斜距；对基带回波信号进行距离向傅里叶变换，得出距离波
数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)，Kr为机载合成孔径雷达距离波数变量；
步骤2，将距离波数域方位空间位置域信号S1(Kr,X)进行距离向匹配滤波
处理，得出距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)；
步骤3，将距离匹配滤波后信号S2(Kr,X)乘以旋转校正函数
HLRWC(Kr,X)，得出旋转校正后信号S3(Kr,X)，其中，旋转校正函数
HLRWC(Kr,X)＝exp[-jKrXsinθ0]，θ0为机载合成孔径雷达的波束中心斜视角；
步骤4，对旋转校正后信号S3(Kr,X)进行方位向傅里叶变换，得到二维波
数域信号S4(Kr,Kx)，Kx为机载合成孔径雷达方位波数变量；
步骤5，将R0＝R0'-Xnsinθ0代入二维波数域信号S4(Kr,Kx)的表达式中，
得出第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)；令
Kx′=[(Krsinθ0+Kx)cosθ0-Kr2-(Krsinθ0+Kx)2·sinθ0]·cosθ0;]]>将Kx'的表达式代入第一次形式变换后的二维波数域信号S5(Kr,Kx)的表达式
中，得出第二次形式变换后的二维波数域信号S6(Kr,Kx')；
步骤6，对二维波数域信号S6(Kr,Kx')依次进行相位补偿、Sto...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁毅，怀园园，邢孟道，别博文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61