一种星载ＴＯＰＳＡＲ数据成像处理装置及其处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种星载ＴＯＰＳＡＲ数据成像处理装置及其处理方法，装置包括数据存储模块、频域扩展模块、数据聚焦模块和时域扩展模块。方法包括以下几个步骤：步骤一：ＴＯＰＳＡＲ数据的读入及存储；步骤二：ＴＯＰＳＡＲ数据方位向的频域扩展；步骤三：ＴＯＰＳＡＲ数据的聚焦处理；步骤四：ＴＯＰＳＡＲ数据方位向的时域扩展，完成ＴＯＰＳＡＲ数据的精确成像处理；本发明专利技术在频域扩展中，利用傅立叶变换到频域，减少运算量，提高处理速度和精度，具有更好的实用性；在时域扩展中，利用傅立叶变换到频域，避免了插值重采样运算，提高处理的效率。本发明专利技术充分考虑了ＴＯＰＳＡＲ工作模式的特点，克服其自身频域和时域混叠的特性，效率高效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理领域，特别涉及一种星载T0PSAR数据成像处理装置及其处理方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)卫星近些年来发展迅速，由于SAR卫星不受天气、地理、时间 等因素的限制，能够对地进行全天时的观测，且具有一定的穿透力，因而被广泛的应用于军 事侦察、资源探测、海洋观测、生态监测等方面。星载SAR作为一种对地观测成像雷达，宽观测带、高分辨率是其发展的一个重要 方向。为了实现宽观测带，传统的方法是采用扫描工作模式(ScanSAR模式)，在ScanSAR 工作模式下，卫星通过在工作时间内切换波束视角，完成不同区域的观测，最后通过拼接实 现宽测绘带，如图1所示，T1 T6表示波束视角的切换时刻，S1 S6表示不同的子测绘 带，V代表了飞行的速度。在ScanSAR工作模式下，观测区域内的每一个目标的被观测时间 都只对应全孔径时间的一部分，处于方位向上不同位置的目标其对应的方位天线方向图加 权调制不同，如图2所示，目标A、B、C分别处于方位向不同的位置，因此其对应的方位向天 线方向图调制也不同。由于处于不同方位向位置的目标所受到的方位向天线方向图调制不 同，最终将导致图像沿方位向出现明暗变化的“扇贝效应”，严重影响图像的判读。为了消 除这种“扇贝效应”，需要对数据进行辐射校正处理，而其精确的校正需要对方位向天线方 向图进行精准的测量，这无疑将增加整个系统的复杂度，同时也加大了数据后续处理的难 度。为了缓解该问题，近几年产生了一种新的、先进的工作模式——T0PSAR模式(Terrain Observation by ProgressiveScans)，在该模式下，卫星在飞行过程中，天线通过沿方位向 上的波束扫描，使得沿方位向上的每一个目标都具有全孔径的积累，因此每一个目标所受 的方位向天线方向图调VLRF制都为全天线方向图调制，抑制了“扇贝效应”，其工作模式如 图3所示，天线波速沿飞行方向进行扫描，因此方位向上的每一个目标都受到完整的方位 向天线方向图调制，积累的能量相同，故“扇贝效应”得到了抑制，其中rl为卫星到旋转点 的最近距离，r0为卫星到目标的最近距离。T0PSAR工作模式虽然能够抑制扇贝效应，但其在工作期间需要沿方位向进行波 束扫描，因此增加了 T0PSAR数据处理的复杂度。首先由于方位向上的波束扫描，整个场景 内多普勒带宽大于脉冲重复频率，这将造成T0PSAR数据在方位向频域上发生混叠 ’其次方 位向上的波束扫描还使得波束照射场景大于卫星飞行时间内所对应的场景大小，这将造成 T0PSAR数据在方位向时域上发生混叠。因此在对T0PSAR数据进行成像处理过程中，需要综 合考虑数据在方位向上时域和频域的混叠。目前，针对T0PSAR数据的处理大多需要进行分 块处理以解决方位向频域的混叠，这样降低了处理的效率，同时还引入了额外的拼接步骤。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供一种星载T0PSAR数据成像处理装置及方法。本专利技术提供了一种星载T0PSAR数据的成像处理装置及方法，利用本装置及方法，可解决数据在 时域和频域的混叠问题，精确、高效的完成T0PSAR数据的成像处理。本专利技术的一种星载T0PSAR数据的成像处理装置，包括数据存储模块、频域扩展模 块、数据聚焦模块和时域扩展模块；数据存储模块读入T0PSAR数据，如果数据的距离向采样点数不足2的n次幂，在 距离向和方位向首尾进行补0，直到补足至2的n次幂；频域扩展模块从数据存储模块中获 取补0后的数据，对数据进行复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成T0PSAR数据在方 位向上的频域扩展；数据聚焦模块获取频域扩展模块处理后的数据，进行复数乘法操作及 快速傅里叶变换操作，完成T0PSAR数据在方位向和距离向上的能量聚焦；时域扩展模块获 取数据聚焦模块处理后的数据，经过复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成T0PSAR数 据在方位向上的时域扩展，经过四个模块后，完成了 T0PSAR数据的精确成像处理。一种星载T0PSRA数据成像处理方法，包括如下几个步骤步骤一 T0PSAR数据的读入及存储；具体包括以下几个步骤 (a)按帧读入T0PSAR数据；(b)判断方位向帧数是否为2的n次幂，如果是则执行步骤(c)，如不是则在方位 向首尾补0至2的n次幂；(c)判断距离向采样点数数是否为2的n次幂，如果是则执行步骤二，如不是则在 距离向首尾补0至2的n次幂；完成上述步骤后，T0PSAR数据的表达式如公式(1)所示<formula>formula see original document page 10</formula>其中，6为目标后向散射系数；j为距离门序号，范围为从0到(Nr-1)；<formula>formula see original document page 10</formula> 为方位向慢时间，其中i为方位向帧数序号，范围为从0到(Na-DJRF为脉冲重复频率；: = + +^^为距离向快时间，其中之为信号采样率，c为光速，U为第一个距离门对应的斜距；ffa(t)为方位向天线方向性函数，仿真中=0a(t)为方位向V 8A )离轴角，eA= x/D为方位向波束宽度；<formula>formula see original document page 10</formula>R{f,R)为发射脉冲包络；b = Bw/Tao为信号调频斜率，Bw为线性调频信号带宽，Tao为信号脉冲宽度；\为 工作波长；-2/^.rco印为点目标到雷达斜距变换的函数，它是方位向时间和斜距的函数，识为等效斜视角，V为卫星等效的飞行速度。步骤二 T0PSAR数据方位向的频域扩展；具体包括以下几个步骤(a)沿距离门读入T0PSAR数据，每次读入Na个复数数据；(b)沿距离门按下列公式⑵进行复数乘法；H^t) = exp{-j Jik^t2}(2)其中，PRF为脉冲重复频率； i-Na/2力別立，胃巾i力別立号，力力人0至IJ (Na-1)；PRFK = 2 -V2/ A ri为方位向波束扫描角频率；V为卫星等效的飞行速度；\为波长为旋转点到卫星的最近距离；(c)沿距离门进行快速傅里叶变换；(d)沿距离门按下列公式(3)进行复数乘法；H2(t) = exp{-j JiK^t' 2}(3)i-Na/2其中，为步页域扩展后方位向^ 间； PRFPRF' = Na ku/PRF为频域扩展后等效的脉冲重复频率； 步骤三T0PSAR数据的聚焦处理； 具体包括以下几个步骤(a)沿距离门读入T0PSAR数据，每次读入Na个复数数据；(b)沿距离门进行快速傅里叶变换；(c)沿距离向读入T0PSAR数据，每次读入Nr个复数数据；(d)沿距离向按下列公式(4) (7)进行复数乘法；<formula>formula see original document page 11</formula>^ef(f) =Rref 其中j为距离门序号，范围为从0到(Nr-1)；Rref和代<分别为参考斜距和参考斜距所对应的等效斜视角 f=i-Na/2/Na.PRF'为频域扩展后方位向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载ＴＯＰＳＡＲ数据的成像处理装置，其特征在于，包括数据存储模块、频域扩展模块、数据聚焦模块和时域扩展模块；数据存储模块读入ＴＯＰＳＡＲ数据，如果数据的距离向采样点数不足２的ｎ次幂，在距离向和方位向首尾进行补０，直到补足至２的ｎ次幂；频域扩展模块从数据存储模块中获取补０后的数据，对数据进行复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成ＴＯＰＳＡＲ数据在方位向上的频域扩展；数据聚焦模块获取频域扩展模块处理后的数据，进行复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成ＴＯＰＳＡＲ数据在方位向和距离向上的能量聚焦；时域扩展模块获取数据聚焦模块处理后的数据，经过复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成ＴＯＰＳＡＲ数据在方位向上的时域扩展，经过四个模块后，完成了ＴＯＰＳＡＲ数据的精确成像处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，李春升，陈杰，王鹏波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]