空间变速非线性轨迹扩展映射高分辨成像方法技术

本发明专利技术公开了一种空间变速非线性轨迹扩展映射高分辨成像方法，主要解决现有技术无法实现曲线轨迹下调频连续波成像及在大幅宽情况下空变严重，成像质量低的问题。其实现方案是，获取回波信号的泰勒展开；构造二维旋转矫正函数对信号二维波数谱正侧化；构造加速度一致补偿函数恢复信号二维波数谱；利用加速度一致补偿函数对信号进行补偿；采用波数域方位重采样方法对加速度补偿信号重采样；利用一致聚焦补偿函数对重采样后的信号进行一致聚焦补偿，并对其进行改进Stolt插值；利用统一去斜校正函数对插值后的信号依次进行去斜处理和调频斜率扳直处理，得到最终高分辨成像结果。本发明专利技术减小了空变，提高了成像质量，可用于雷达图像匹配定位。图像匹配定位。图像匹配定位。

【技术实现步骤摘要】
空间变速非线性轨迹扩展映射高分辨成像方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，更进一步涉及一种空间变速非线性轨迹扩展映 射高分辨成像方法，可用于雷达图像匹配定位。

技术介绍

[0002]调频连续波合成孔径雷达FMCW SAR是一种新体制成像雷达，其体积轻便、成本 低廉、分辨率高，在低成本的民事应用领域具有广阔的发展前景。由于调频连续波雷达 脉冲宽度达到毫秒级，在发射脉冲周期内雷达的位置变化不可忽略，适合脉冲型SAR
ꢀ“
停－走－停”的工作模式不再适用，如果直接用脉冲型算法对其进行处理，则成像质 量必将降低，因此必须探索适合FMCW SAR的成像方法。除此之外，高机动平台存在 较大的三轴速度和加速度，其飞行轨迹为曲线轨迹，这使得传统的依据匀速直线轨迹建 立的斜距模型不再适用。为此，国内外众多研究者针对调频连续波雷达的特点，提出了 多种解决方案。
[0003]王宇等人在其发表的论文“Focus FMCW SAR Data Using the Wavenumber DomainAlgorithm”(IEEE Trans.Geosci.Remote Sens.,Vol.48,No.4,April.2010.)中提出了一种 FMCW－SAR的波数域成像方法。其通过对回波与参考函数相乘后，进行Stolt插值的 方法实现波数域成像。该方法仅适用于不带加速度的平飞模式，无法实现曲线轨迹下的 调频连续波SAR成像。
[0004]江志红在其发表论文“调频连续波SAR实时成像算法研究”(国防科学技术大学博 士论文2007.)中采用频率尺度变换，在距离多普勒域校正距离徙动，再通过相位保持 因子实现成像。但该方法在成像幅宽大的情况下，空变严重，成像质量低。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种调频连续波高分辨成像方法， 以通过新的斜距模型补偿加速度误差，使其适用于带加速度的曲线轨迹模式，并通过无 近似的距离徙动空变校正，提升场景目标点聚焦效果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0007](1)获得解线频调处理后的回波信号，对其进行瞬时斜距泰勒展开，得到回波信 号S1(K
r
,X
a
)，K
r
表示距离波数的支撑域范围，X
a
为平台方位慢时间移动距离；
[0008](2)根据回波信号S1(K
r
,X
a
)为倾斜的二维波数谱，导致实际可利用的支撑区减 小，且脉内平台的连续运动，导致回波在距离向发生偏移造成距离向散焦的因素，构造 二维旋转矫正函数H
TDR
(K
r
,X)对其二维波数谱正侧化，同时补偿目标回波的距离向偏 移：
[0009]H
TDR
(K
r
,X)＝exp[
‑
jK
r
X sinθ0][0010]其中，j为虚数单位，X为平台全时间移动距离，θ0为波数中心斜视角；
[0011](3)利用二维旋转矫正函数对波数域回波信号S1(K
r
,X
a
)分别进行距离走动补 偿及距离偏移补偿，得到快时间距离补偿后的信号S2(K
r
,X
a
)；
[0012](4)针对快时间距离补偿后信号S2(K
r
,X
a
)的第二个指数项误差过大，造成波数 谱
混叠，及加速度高阶项影响成像聚焦的现象，构造加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)恢 复二维波数谱：
[0013][0014]其中，k'＝k
x
+K
r sinθ0，k
x
为方位波数，k2为二阶误差系数，k
i
为各阶误差系数， X
a
为平台方位慢时间移动距离，R0为中心多普勒处的斜距；
[0015](5)利用加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)对快时间距离补偿后的信号 S2(K
r
,k
x
)进行补偿，得到高阶加速度误差补偿后的信号形式S3(K
r
,k
x
)；
[0016](6)利用现有的快时间统一补偿函数H
FC
(K
r
,k
x
)对高阶加速度误差补偿后的信 号S3(k
r
,k
x
)再进行补偿，得到快时间统一补偿后的信号S4(k
r
,k
x
)；
[0017](7)采用波数域方位重采样方法，在方位向插值引入新变量k
x
'，消除波数k
x
的 二次项以及高次项与x
n
的耦合项，得到重采样后的信号S5(k
r
,k
x
')；
[0018](8)利用现有的一致聚焦补偿函数H
FC
(k
r
,k
x
')对重采样后的信号进行一致聚焦 补偿，得到一致聚焦补偿处理后的信号S6(k
r
,k
x
')；
[0019](9)对一致聚焦补偿后的信号S6(k
r
,k
x
')进行改进Stolt插值，得到插值后的信号 S7(k
y
,k
x
')；
[0020](10)对插值后的信号S7(k
y
,k
x
')进行距离逆傅里叶变换，并乘以现有的统一去斜 校正函数H(k
x
')，得到去斜处理后的信号S8(R,k
x
')；
[0021](11)对去斜处理后的信号S8(R,k
x
')进行方位逆傅里叶变换，再利用现有的方位空 间域校正函数H(X；R0')将方位逆傅里叶变换后的信号的目标调频斜率扳直，再对调频斜 率扳直后的信号进行方位傅里叶变换，得到最终方位波数域聚焦的信号S9(R,k
x
')，完成 对调频连续波的高分辨成像。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0023]第一，本专利技术利用构造的加速度一致补偿函数恢复回波信号二维波数谱，突破了加 速度对波数域算法成像的限制，使其可适用于带加速度的曲线轨迹模式，实现曲线轨迹 下的调频连续波雷达成像。
[0024]第二，本专利技术利用构造二维旋转矫正因子对回波信号进行距离走动及距离偏移补偿， 实现无近似的进行距离徙动的校正，适用成像幅宽大的情况，与传统波数域成像方法相 比，避免了方位向补零，降低了运算量，有效提升了场景目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间变速非线性轨迹扩展映射高分辨成像方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获得解线频调处理后的回波信号，对其进行瞬时斜距泰勒展开，得到回波信号S1(K
r
,X
a
)，K
r
表示距离波数的支撑域范围，X
a
为平台方位慢时间移动距离；(2)根据回波信号S1(K
r
,X
a
)为倾斜的二维波数谱，导致实际可利用的支撑区减小，且脉内平台的连续运动，导致回波在距离向发生偏移造成距离向散焦的因素，构造二维旋转矫正函数H
TDR
(K
r
,X)对其二维波数谱正侧化，同时补偿目标回波的距离向偏移：H
TDR
(K
r
,X)＝exp[
‑
jK
r
Xsinθ0]其中，j为虚数单位，X为平台全时间移动距离，θ0为波数中心斜视角；(3)利用二维旋转矫正函数对波数域回波信号S1(K
r
,X
a
)分别进行距离走动补偿及距离偏移补偿，得到快时间距离补偿后的信号S2(K
r
,X
a
)；(4)针对快时间距离补偿后信号S2(K
r
,X
a
)的第二个指数项误差过大，造成波束谱混叠，及加速度高阶项影响成像聚焦的现象，构造加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)恢复二维波数谱：其中，k'＝k
x
+K
r sinθ0，k
x
为方位波数，k2为二阶误差系数，k
i
为各阶误差系数，X
a
为平台方位慢时间移动距离，R0为中心多普勒处的斜距；(5)利用加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)对快时间距离补偿后的信号S2(K
r
,k
x
)进行补偿，得到高阶加速度误差补偿后的信号形式S3(K
r
,k
x
)；(6)利用现有的快时间统一补偿函数H
FC
(K
r
,k
x
)对高阶加速度误差补偿后的信号S3(k
r
,k
x
)再进行补偿，得到快时间统一补偿后的信号S4(k
r
,k
x
)；(7)采用波数域方位重采样方法，在方位向插值引入新变量k
x
'，消除波数k
x
的二次项以及高次项与x
n
的耦合项，得到重采样后的信号S5(k
r
,k
x
')；(8)利用现有的一致聚焦补偿函数H
FC
(k
r
,k
x
')对重采样后的信号进行一致聚焦补偿，得到一致聚焦补偿处理后的信号S6(k
r
,k
x
')；(9)对一致聚焦补偿后的信号S6(k
r
,k
x
')进行改进Stolt插值，得到插值后的信号S7(k
y
,k
x
')；(10)对插值后的信号S7(k
y
,k
x
')进行距离逆傅里叶变换，并乘以现有的统一去斜校正函数H(k
x
')，得到去斜处理后的信号S8(R,k
x
')；(11)对去斜处理后的信号S8(R,k
x
')进行方位逆傅里叶变换，再利用现有的方位空间域校正函数H(X；R0')将方位逆傅里叶变换后的信号的目标调频斜率扳直，再对调频斜率扳直后的信号进行方位傅里叶变换，得到最终方位波数域聚焦的信号S9(R,k
x
')，完成对调频连续波的高分辨成像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中获得的回波信号波数域表达S1(K
r
,X
a
)，表示如下：
其中，j为虚数单位，K
r
表示距离波数的支撑域范围，X
a
为平台方位慢时间移动距离，R0为中心多普勒处的斜距，Δx为全时间移动距离差，θ0为波数中心斜视角，R
ref
为参考距离，k
i
为各阶误差系数，Δx
a
为方位慢时间移动距离差。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中利用二维旋转矫正函数H
TDR
(K
r
,X)对波数域回波信号S1(K
r
,X
a
)进行补偿，是将二维旋转矫正函数H
TDR
(K
r
,X)与回波信号S1(K
r
,X
a
)相乘，得到的快时间距离补偿后的信号S2(K
r
,X
a
)表示如下：其中，j为虚数单位，K
r
表示距离波数的支撑域范围，R0为中心多普勒处的斜距，Δx为全时间移动距离差，θ0为波数中心斜视角，R
ref
为参考距离，X为平台全时间移动距离，k
i
为各阶误差系数，Δx
a
为方位慢时间移动距离差。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中利用加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)对快时间距离补偿后的信号S2(K
r
,k
x
)进行补偿，是将加速度一致补偿函数H
AC
(K
r
；X
a
)与回波信号S2(K
r
,k
x
)相乘，得到的高阶加速度误差补偿后的信号形式S3(K
r
,k
x
)，表示如下：其中，K
r
表示距离波数的支撑域范围，k
x
为方位波数，X
a
为平台方位慢时间移动距离，k'＝k
x
+K
r
sinθ0，K
r
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚超，张廷豪，孙久鑫，袁铭泽，郭鹏程，徐刚锋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：