基于多核DSP的前侧视SAR实时成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多核DSP的前侧视SAR实时成像方法，主要解决现有前侧视SAR成像算法处理前侧视角度受限、计算量大，且未进行运动补偿的问题。其实现过程是：1)将回波数据按方位向分块，并将各块数据映射至各DSP处理核；2)对各块数据进行距离徙动校正和距离脉压；3)利用脉压后的数据估计距离非空变运动误差；4)利用距离非空变运动误差对回波数据进行包络校正和误差补偿；5)利用补偿后的数据估计距离空变运动误差并进行距离空变误差补偿；6)对距离空变误差补偿后的数据进行方位聚焦，得到SAR图像。本发明专利技术能有效估计运动误差，提高SAR图像分辨率，且运算效率较高，可用于机载/弹载雷达对地面目标的检测与识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字信号处理
，涉及一种合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)实时成像方法，可用于机载/弹载雷达对地面目标的检测与识别。
技术介绍
随着SAR成像技术的发展，正侧视和小斜视SAR技术已不断成熟和完善，获得了越来越广泛的应用。与此同时，SAR正朝着多模式、多通道、多功能方向发展，现代SAR系统已不仅仅局限于高分辨对地观测，基于SAR图像的目标检测、识别、跟踪等功能正在不断发展中。前侧视SAR因其在机载火控雷达及弹载精确制导雷达中的应用需求，近年来受到了关注，装备有前侧视SAR系统的飞行器与武器系统被认为是将来战场上的制胜法宝。前侧视SAR信号独特的观测几何使其具有以下两个不同于传统正侧视与小斜视SAR的特点：大距离徙动与窄多普勒带宽。大距离徙动尤其是距离徙动的空变性在成像过程中需要进行精确校正才能使得回波信号包络对齐；窄多普勒带宽使得前侧视SAR方位分辨率降低，且容易出现方位多普勒突变。以上问题使得传统距离多普勒RD类算法、线频调变标CS类算法与前侧视SAR模型失配而不能获得良好聚焦图像，故研究新的前侧视SAR成像算法具有重要意义。前侧视SAR模型可以等效为大斜视模型，针对大斜视SAR成像算法，文章“Extended NCS Based on Method of Series Reversion for Imaging of Highly Squinted SAR,IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,Vol.8,NO.3,May2011”通过引入级数反演算法，提出了一种扩展的非线性调频变标(Nolinear CS,NCS)算法，提高了斜视SAR信号的距离向数据处理性能，但是该算法可处理斜视角度仍然有限，仿真实验验证该算法适用的前侧视角不可小于40°。文章“Focus Improvement of Highly Squinted Data Based on Azimuth Nonlinear Scaling，IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,Vol.49,NO.6,June 2011”进一步应用方位非线性变标算法提高可处理的斜视角度，但是所提算法复杂度高、计算量大、实时性差。此外，以上两种算法均未使用实测数据验证，故忽略了实测数据中的雷达运动误差对算法性能的影响，不具有广泛适用性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，在考虑雷达平台运动误差对算法性能影响的前提下，以前侧视SAR成像实时处理系统为应用背景，采用目前先进的多核DSP处理芯片，结合前侧视SAR“窄波束平地”的假设，提出一种基于多核DSP的前侧视SAR实时成像方法，以减小成像处理的前侧视角度，降低运算量，扩大其应用范围。实现本专利技术目的的技术思路是：采用迭代方式由实测前侧视SAR回波数据估计运动误差，对包络补偿与相位补偿之后的数据进行距离走动校正，利用优化斜距表达式，进行空变距离弯曲校正和二次距离压缩，通过方位短孔径二阶匹配滤波聚焦获得SAR图像，其具体实现步骤包括如下：1)将距离向N点、方位向M点的回波数据S依方位向平均分为L块，并将第至块数据映射到多核DSP的第q核，对各块数据进行距离走动校正，其中N、M、L均为大于1的正整数，q∈[0,1,…,Q-1]，Q为参与处理的DSP核数；2)利用走动较正之后的数据对空变距离弯曲进行校正：2a)将数据转换至距离和方位这两维频域，并构造频域校正相位： H 2 ( R 0 , f r , f a ) = exp { j 4 π c ( R 0 1 - ( f a / f aM ) 2 ) f r本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多核DSP的前侧视SAR实时成像方法，包括如下步骤：1)将距离向N点、方位向M点的回波数据S依方位向平均分为L块，并将第至块数据映射到多核DSP的第q核，对各块数据进行距离走动校正，其中N、M、L均为大于1的正整数，q∈[0,1,…,Q‑1]，Q为参与处理的DSP核数；2)利用走动较正之后的数据对空变距离弯曲进行校正：2a)将数据转换至距离和方位这两维频域，并构造频域校正相位：H2(R0,fr,fa)=exp{j4πc(R01-(fa/faM)2)fr}]]>其中，R0为点目标的波束射线向斜距，fr为距离频率，fa为方位频率，faM为方位最大多普勒，c为光速，j表示虚数；2b)将频域校正相位H2(R0,fr,fa)与方位频域信号相乘，完成空变距离弯曲校正；3)对空变距离弯曲校正之后的数据进行距离向匹配滤波；将滤波后的数据变换至距离和方位两维时域，利用该两维时域数据估计瞬时多普勒调频率，再对瞬时多普勒调频率进行插值，获得全孔径运动误差向量ΔR；4)利用运动误差向量ΔR对原始雷达回波数据S进行包络校正与相位补偿，得到距离非空变运动补偿后的数据Y；5)利用距离非空变运动补偿之后的数据Y进行距离徙动校正，将校正后的数据均分为G×L块，G为距离向块数，L为方位向块数；利用各块数据估计瞬时多普勒调频率，获得G×L维调频率矩阵Ω，对该调频率矩阵Ω的行向量进行M点插值，获得G×M维空变运动误差矩阵ψ，其中G为大于1的正整数；6)利用空变运动误差矩阵ψ对距离非空变运动误差补偿后的数据Y进行误差补偿，得到距离空变运动补偿后的数据Z，计算该数据Z的熵值Ez；7)重复1)～6)，直到前后两次补偿结果的熵差值小于0.01时认为满足补偿精度要求，对运动补偿之后的数据Z进行方位聚焦，如不满足，则继续迭代1)～6)，直到满足补偿要求。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多核DSP的前侧视SAR实时成像方法，包括如下步骤：
1)将距离向N点、方位向M点的回波数据S依方位向平均分为L块，并将第
至块数据映射到多核DSP的第q核，对各块数据进行距离走动校正，
其中N、M、L均为大于1的正整数，q∈[0,1,…,Q-1]，Q为参与处理的DSP核数；
2)利用走动较正之后的数据对空变距离弯曲进行校正：
2a)将数据转换至距离和方位这两维频域，并构造频域校正相位：
H 2 ( R 0 , f r , f a ) = exp { j ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峥，冉磊，谢荣，其他发明人请求不公开姓名，
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