一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法，包括：步骤1、解除预处理后聚束SAR数据在方位频域的混叠；步骤2、利用频域成像算法，对方位频域解混叠后的聚束SAR数据进行距离徙动校正RCMC；步骤3、解除距离徙动校正RCMC后聚束SAR数据在方位时域的混叠；步骤4、利用相位梯度自聚焦算法PGA对时域解混叠后的聚束SAR数据进行误差相位估计和补偿；步骤5、解除相位误差补偿后聚束SAR数据在方位频域的混叠，然后利用方位向匹配滤波完成聚束SAR数据的聚焦。通过本发明专利技术，可以简便、高效、精确地实现长合成孔径时间下聚束SAR数据的全孔径聚焦处理。径聚焦处理。径聚焦处理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法


[0001]本专利技术涉及聚束合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的全孔径处理方法。

技术介绍

[0002]空间几何分辨率是合成孔径雷达的核心性能指标，这种主动的微波遥感设备通过发射大带宽的调频信号来获取目标场景距离向的高分辨率，通过方位向合成孔径技术获取方位向高分辨率。而聚束SAR是所有SAR成像模式中方位向分辨率最高的一种成像模式，它通过控制雷达天线波束的指向，使场景中的目标在整个数据获取过程中始终被照射到，大大增加了场景中目标的方位向合成孔径角，提高了目标的方位向分辨率，打破了条带模式下方位分辨率（半个方位向天线长度）的限制。
[0003]然而，除了方位向分辨率的提高之外，聚束SAR数据的成像处理也有别于传统的条带SAR。聚束模式下，方位向波束指向的变化使聚束SAR回波数据的方位向带宽比条带SAR大很多。这种情况下若用满足奈奎斯特采样定理的采样频率对场景回波进行采样，往往需要非常高的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency, PRF)。但在实际SAR系统的设计中，尤其是星载SAR系统设计，考虑到回波数据量和距离向模糊，PRF往往不能太高。因此实际获取的聚束SAR数据方位向往往是欠采样的，即数据在方位频域往往是混叠的。为应用高效的经典频域成像算法处理聚束SAR数据，诸如距离多普勒算法(Range Doppler Algorithm, RDA)、线性调频变标算法(Chirp Scaling Algorithm, CSA)和距离徙动算法(Range Migration Algorithm, RMA)等，解决数据在方位频域的混叠问题是必不可少的。
[0004]除了数据在方位频谱的混叠的问题外，在实际的星载/机载聚束SAR系统中，还存在平台位置向量不精确的问题，不精确的位置向量会影响运补/轨道补偿和有效速度的估计，进而引起聚焦后SAR图像方位向的散焦，而这个问题在长合成孔径时间的聚束模式下尤为严重。若要进一步提高图像的聚焦质量，利用相位梯度自聚焦（PhaseGradientAutofocusAlgorithm, PGA）等自聚焦算法对聚焦后的SAR图像进行后处理是必不可少的。
[0005]解决数据在方位频域的混叠问题并对聚束SAR回波数据进行成像主要有子孔径和全孔径两种处理方式。
[0006]子孔径处理方法通过将原始的聚束SAR(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据沿着方位向分割成很多数据块来解除数据在方位频域的混叠，该方法的优势在于它可以自聚焦算法融合在一起，这对于平台位置向量不精确的高分辨率机载和星载聚束SAR数据处理来讲是非常重要的。子孔径方法的劣势在于复杂的子孔径分割和子孔径组合，如果可以在全孔径处理的情况下将预处理、方位频域解混叠、成像以及自聚焦融合在一起，那么就可以避免子孔径的劣势，使处理流程更加简便。
[0007]全孔径方法主要两种处理方式，其中一种方式利用去斜、方位向FT并补零、方位向IFT和加斜完成方位频域解混叠。该方法可以和自聚焦结合在一起，但它在处理中会极大地
的IRF；（b）：传统方法下点目标P4的IRF；（c）：传统方法下点目标P7的IRF；（d）：本专利技术所提方法下点目标P1的IRF；（e）：本专利技术所提方法下点目标P4的IRF；（f）：本专利技术所提方法下点目标P7的IRF。
[0011]图6为传统方法和本专利技术所提方法处理仿真数据后得到的点目标P1、P4和P7的IRF升采样后的方位向幅度和相位剖面图；（a）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P1的方位向幅度剖面图；（b）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P4的方位向幅度剖面图；（c）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P7的方位向幅度剖面图；（d）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P1的方位向相位剖面图；（e）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P4的方位向相位剖面图；（f）：传统方法和本专利技术所提方法点目标P7的方位向相位剖面图。
具体实施方式
[0012]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0013]图1为本专利技术基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理的流程框图，如图1所示，该方法包括：步骤101：解除预处理后聚束SAR数据在方位向频域的混叠方位频域解混叠就是两步式算法（TSA）中方位时域卷积和方位向频域相位相乘的结合，该处理可分为两步：第一步为将经过预处理的聚束SAR回波数据和参考信号在方位时域卷积，如式（1）所示：（1）其中，t
r
为距离时间变量，t
a
为方位时间变量，为积分的变量，上标^代表该变量只是暂时出现。
[0014]K
ref
为参考的调频率，V
r
为平台等效速度，λ为雷达波长，R
ref
为参考斜距，一般设定为场景距离向中心对应的斜距，式(1)中的积分可以等效为方位向FT。
[0015]将式(1)所示的相位相乘和积分沿着方位向离散化，可以得到：
（2）式中N和表示方位时域卷积前数据的方位向采样点数和采样间隔，P和表示方位时域卷积后数据的方位向采样点数和采样间隔，式中的代表沿着方位向的离散傅里叶变换。公式（2）表明了式（1）中的卷积可以用两次相位相乘和一次方位向FT代替。P一般大于N，相比于时域卷积前，时域卷积后的数据量略有增加。
[0016]时域卷积结束后的方位向的采样频率PRF1和方位向观测时间T1分别为如式(3)和(4)所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中PRF代表SAR系统的脉冲重复频率。方位时域卷积后的脉冲重复频率PRF1要大于聚束SAR数据的方位向带宽B
a
才能达到解除数据在方位频域的混叠的效果。
[0017]B
a
的表达式如式(5)所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中L
a
为方位向天线长度，θ
start
和θ
end
分别为聚束SAR数据获取时起始斜视角和终止斜视角，代表取数据的绝对值。
[0018]式（1）中的方位时域卷积在方位频域等效为相位相乘，方位频域解混叠处理的第二步就是在RD域将该相位补偿掉（如式(6)）：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）其中f
a
表示方位频率变量，S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法，其特征在于，包括：步骤1、解除预处理后聚束SAR数据在方位频域的混叠；步骤2、利用频域成像算法，对方位频域解混叠后的聚束SAR数据进行距离徙动校正RCMC；步骤3、解除距离徙动校正RCMC后聚束SAR数据在方位时域的混叠；步骤4、利用相位梯度自聚焦算法PGA对时域解混叠后的聚束SAR数据进行误差相位估计和补偿；步骤5、解除相位误差补偿后聚束SAR数据在方位频域的混叠，然后利用方位向匹配滤波完成聚束SAR数据的聚焦。2.根据权利要求1所述的一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法，其特征在于，所述步骤1中，解除预处理后聚束SAR数据在方位向频域的混叠，具体为：利用两步式算法TSA中的方位时域卷积解除预处理后聚束SAR数据在方位频域的混叠现象，然后将聚束SAR数据方位向傅里叶变换FT到方位频域，在该方位频域将时域卷积引入的和频率相关的二次相位补偿掉。3.根据权利要求1所述的一种基于时域解混叠的聚束SAR全孔径处理方法，其特征在于，所述的步骤2，利用频域成像算法，对方位频域解混叠后的聚束SAR数据进行距离徙动校正RCMC，具体为：将方位频域解混叠后的聚束SAR数据距离向傅里叶变换FT到二维频域，在该二维频域将数据和距离徙动算法RMA中用于一致压缩的参考函数H
RMA
相乘并进行Stolt映射，以完成数据的距离徙动校正RCMC和方位向匹配滤波，然后将聚束SAR数据距离向逆傅里叶变换IFT到距离多普勒RD域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓云凯，任明山，张衡，禹卫东，陈圳，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：