一种适用于星载变PRFSAR系统的成像方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于星载变PRF SAR系统的成像方法，属于雷达成像处理领域。在方位多普勒时域中引入非线性变标技术对回波进行处理，使得处理之后回波信号等效于时间均匀采样，然后针对该方法校正后遗留下来的剩余校正误差项，分析了误差响应因子，利用后向投影算法对图像进行重建，消除了误差的同时实现了变PRFSAR系统下的无模糊成像。PRFSAR系统下的无模糊成像。PRFSAR系统下的无模糊成像。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于星载变PRF SAR系统的成像方法


[0001]本专利技术属于雷达成像处理领域，主要构造一种星载SAR成像处理算法来解决雷达成像方位模糊问题。特别适用于星载变脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)SAR体制下，方位维出现非均匀采样而导致方位多普勒模糊问题，实现变PRF
‑
SAR系统对地面场景的成像处理。

技术介绍

[0002]星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)作用距离长、覆盖范围广，具备全天时、全天候的对地观测能力。然而传统星载SAR存在无法兼顾高方位向分辨力与宽测绘带的固有矛盾。为了解决这一矛盾，研究者提出采用可变脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)的星载SAR体制。该体制下，雷达利用了反射天线和数字波束形成(Digital Beam
‑
Forming,DBF)来获取高分辨宽测绘带的SAR图像。更重要的是，借助变化的PRF，该体制的雷达可以解决传统的基于DBF体制的星载SAR无法克服的盲区问题。此外，该体制的SAR还具有低成本的优点，因而对其进行研究具有重要意义。然而，可变PRF
‑
SAR系统的回波存在着方位向非均匀采样和数据丢失的特点，利用传统SAR成像算法处理数据会导致成像质量严重恶化，甚至完全无法成像。因此，研究在变PRF体制下对地面场景有效成像聚焦具有非常重大的意义。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题
[0004]为了解决方位向非均匀采样这一问题，本专利技术提出一种适用于星载变PRF SAR系统的成像方法。
[0005]技术方案
[0006]一种适用于星载变PRF SAR系统的成像方法，其特征在于步骤如下：
[0007]步骤1：获取的杂波抑制之后雷达系统回波信号是二维矩阵S(t
n
,t
m
)，S(t
n
,t
m
)为nrn
×
nan维矩阵，其中，矩阵的每一行数据都是对回波方位维进行非均匀采样得到的结果；对矩阵的列进行FFT处理，即实现雷达回波信号的距离向傅里叶变换，并将结果分别保存在矩阵S(f
n
,t
m
)中；
[0008]其中，t
n
为距离快时间，t
m
为非均匀采样方位慢时间，f
n
表示为距离向频域坐标，B为发射信号带宽，Δf为距离频域间隔，n＝0,1,...,nrn
‑
1，nrn表示距离向点数，nan表示方位向点数；
[0009]步骤2：根据已知的雷达参数，构造参考信号向量S_ref(i,1),i＝1,2...nrn,S_ref(i,1)为nrn
×
1向量；
[0010]步骤3：取出步骤1得到的S(f
n
,t
m
)的每一列，点乘参考信号向量S_ref(i,1)的共轭，得到距离脉压后的数据矩阵S(f
n
,t
m
)；
[0011]步骤4：根据已知的雷达参数，构造非线性变标校正矩阵H_CS(i,j)，H_CS(i,j)为nrn
×
nan矩阵；
[0012]步骤5：取出步骤3得到的S(f
n
,t
m
)点乘校正矩阵H_CS(i,j)的共轭，得到非线性变标校正之后的数据矩阵S'(f
n
,t
m
')；其中，t
m
'表示方位均匀采样时间序列；
[0013]步骤6：根据已知的雷达参数，构造距离弯曲校正矩阵Self_RCMC(f
n
,f
m
)，Self_RCMC(f
n
,f
m
)为nrn
×
nan矩阵；
[0014]步骤7：取出步骤5得到的S'(f
n
,t
m
')进行方位维的傅里叶变换，再二维频域内点乘参考信号向量Self_RCMC(f
n
,f
m
)，并进行距离方位的二维傅里叶逆变换得到弯曲校正之后的数据矩阵S”(t
n
,t
m
')；
[0015]步骤8：取出步骤7得到的S”(t
n
,t
m
')，对数据进行时延补偿并进行相干累加，并将结果保存在矩阵S
sum
(t
n
,t
m
')中，即为获得的聚焦地面目标成像结果图。
[0016]本专利技术进一步的技术方案为：步骤2具体如下：根据已知的雷达参数，参考信号向量其中，γ表示调频率，γ＝B/Tp，B表示发射信号带宽，Tp表示发射脉冲宽度，f
r
表示为距离向频域。
[0017]本专利技术进一步的技术方案为：步骤4具体如下：
[0018]根据已知的雷达参数，脉冲重复时间序列为：
[0019][0020]设方位慢时间对应均匀采样时间：
[0021]t
m
'＝[PRI0,2PRI0,3PRI0,
…
,i
·
PRI0,
…
I
·
PRI0][0022]得到非均匀采样时间序列和均匀采样时间序列之间的关系：
[0023][0024]其中，Δ为相邻采样间隔差值，PRI0为脉冲重复速率，t
m
'为均匀采样时间序列；
[0025]将上述关系式代入斜距表达式，可得：
[0026][0027]根据上述斜距表达式构造非线性变标校正矩阵为：
[0028][0029]其中h
cs
为相位补偿因子：
[0030][0031]f
c
表示雷达发射信号的载频，c为电磁波的传播速度，v为雷达平台运动速度，R
b
为雷达到场景中心点最近距离。
[0032]本专利技术进一步的技术方案为：步骤6具体如下：根据已知雷达参数，构造距离弯曲校正矩阵：
[0033][0034]其中PRF为脉冲重复频率，
[0035]本专利技术进一步的技术方案为：步骤8具体如下：对成像场景划分网格点获得所有网格点坐标，以最近距离为参考点，从方位起始点开始，计算当前方位向上，雷达与所有网格点的距离并计算所有网格点相对于最近距离参考点的延迟时间Δt，利用每一网格点的时延对回波数据进行相位补偿exp(j2πf
c
Δt)，对每个雷达位置对应的S”(t
n
,t
m
')进行相干累加得到累加和S
sum
(t
n
,t
m
')，S
sum
(t
n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于星载变PRF SAR系统的成像方法，其特征在于步骤如下：步骤1：获取的杂波抑制之后雷达系统回波信号是二维矩阵S(t
n
,t
m
)，S(t
n
,t
m
)为nrn
×
nan维矩阵，其中，矩阵的每一行数据都是对回波方位维进行非均匀采样得到的结果；对矩阵的列进行FFT处理，即实现雷达回波信号的距离向傅里叶变换，并将结果分别保存在矩阵S(f
n
,t
m
)中；其中，t
n
为距离快时间，t
m
为非均匀采样方位慢时间，f
n
表示为距离向频域坐标，B为发射信号带宽，Δf为距离频域间隔，n＝0,1,...,nrn
‑
1，nrn表示距离向点数，nan表示方位向点数；步骤2：根据已知的雷达参数，构造参考信号向量S_ref(i,1),i＝1,2...nrn,S_ref(i,1)为nrn
×
1向量；步骤3：取出步骤1得到的S(f
n
,t
m
)的每一列，点乘参考信号向量S_ref(i,1)的共轭，得到距离脉压后的数据矩阵S(f
n
,t
m
)；步骤4：根据已知的雷达参数，构造非线性变标校正矩阵H_CS(i,j)，H_CS(i,j)为nrn
×
nan矩阵；步骤5：取出步骤3得到的S(f
n
,t
m
)点乘校正矩阵H_CS(i,j)的共轭，得到非线性变标校正之后的数据矩阵S'(f
n
,t
m
')；其中，t
m
'表示方位均匀采样时间序列；步骤6：根据已知的雷达参数，构造距离弯曲校正矩阵Self_RCMC(f
n
,f
m
)，Self_RCMC(f
n
,f
m
)为nrn
×
nan矩阵；步骤7：取出步骤5得到的S'(f
n
,t
m
')进行方位维的傅里叶变换，再二维频域内点乘参考信号向量Self_RCMC(f
n
,f
m
)，并进行距离方位的二维傅里叶逆变换得到弯曲校正之后的数据矩阵S”(t
n
,t
m
')；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张双喜，曾红芸，胡国彩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：