临近空间慢速平台SAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种临近空间慢速平台SAR成像方法，具体包括步骤：获取目标回波，数据重排，距离向脉冲压缩，变孔径后向反投影成像，数据拼接并输出成像结果。本发明专利技术的解决方案是采用宽视场共孔径的工作模式，基于渐变孔径后向反投影的方法实现大场景成像：采用后向反投影方法，克服距离徙动的空变问题，在方位向使用渐变孔径，解决不同视角下图像方位向分辨率不同而引起的空变及图像畸变问题，最终实现临近空间慢速平台SAR大场景成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
,具体涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像中的临近空间慢速平台SAR成像方法。
技术介绍
合成孔径雷达是一种全天时、全天候的现代高分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨率。在军事侦察、地形测绘、植被分析、海洋及水文观测、环境及灾害监视、资源勘探以及地壳微变检测等领域，合成孔径雷达发挥了越来越重要的作用。但是传统的机载SAR存在滞空时间短、隐身性能差、容易遭受地面攻击等问题；而星载SAR不能对某一区域进行连续成像，灵活性较差等，无法对环境(灾害)监控、敏感地区侦察等民用及军用领域中的大场景实现连续高分辨SAR成像。临近空间慢速平台SAR是指在临近空间慢速平台上部署合成孔径雷达，一般采用慢速飞艇作为载体。由于平台的特殊性，使得其具有其独特的优势:与星载SAR相比，重访周期短，具有更快的反应能力，能对紧急事件迅速做出响应；与机载SAR相比，其滞空时间长，能对同一地区进行长期持续观测，同时可以利用脉冲重复频率冗余的特点，使波束在同一位置指向不同的角度(前斜视、正侧视、后斜视)，具有实现大场景成像的能力，因此临近空间慢速平台SAR成像技术的研究具有重要的意义。然而由于不同模式的混合及大场景成像的要求，致使临近空间慢速平台SAR回波徙动以及方位分辨率均存在明显的空变特征。针对合成孔径雷达成像中的空变问题，文献“Real-Time Synthetic ApertureRadar (SAR) Processing with a New Subaperture Approach, IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing, vol.30，n0.4，pp.714-721,1992” 和“A sub-aperturerange—Doppler processor for bistatic fixed-receiver SAR, European Conferenceon Synthetic Aperture Radar (EUSAR)，2006, Dresden” 通过数据方位分块克服距离徙动的方位空变，然后采用距离-多普勒成像算法实现SAR成像，但实际中面临如何分块，以及复杂的几何校正问题；文献“Focus Improvement of Highly Squinted Data Based onAzimuth Nonlinear Scaling, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol.49，n0.6，pp.2308-2322,2011”和“Extended nonlinear chirp scaling algorithm forhigh-resolution highly squint SAR data focusing,IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, vol.50, n0.9, pp.3595-3609, 2012” 首先通过时域校正线性走动，然后采用非线性调频变标方法(NLCS)克服多普勒参数的方位空变，实现大斜视SAR成像，同样存在由于时域校正走动所带来的复杂几何校正问题；文献“Synthetic-aperture radarprocessing using fast factorized back—projection,IEEE Transactions on Aerospaceand Electronic Systems, vol.39, n0 .3, pp.760-776, 2003” 米用 BP 成像方法，将目标能量从回波域投影到图像域，能够避免复杂的距离徙动校正和几何校正问题，但仍然存在方位分辨率空变造成的图像畸变问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
存在的缺陷，研究设计一种临近空间慢速平台SAR成像处理方法。本专利技术的解决方案是采用宽视场共孔径的工作模式，基于渐变孔径后向反投影的方法实现大场景成像:采用后向反投影方法，克服距离徙动的空变问题，在方位向使用渐变孔径，解决不同视角下图像方位向分辨率不同而引起的空变及图像畸变问题，最终实现临近空间慢速平台SAR大场景成像。本专利技术的具体技术方案为:一种临近空间慢速平台SAR成像方法，具体包括如下步骤:步骤一:获取目标回波；慢速运动平台沿y轴运动，速度为V，参考原点设为场景中心，零时刻记为正侧视模式下波束中心位于场景坐标系原点处，平台零时刻位置坐标记为(Xo，O, to，场景中任一目标场景P(x，y)的位置坐标记为(x，y，0)，散射系数记为σ (x，y);慢速平台SAR零时刻位置与场景坐标系原点间的距离记为鳥=λΑ +K ;天线波束先指向后斜视区域，发射一个脉冲，录取回波后指向正侧视区域，在正侧视区域发射一个脉冲，录取回波后指向前斜视区域，在前斜视区域发射一个脉冲，录取回波后再指向后斜视区域，依此顺序录取目标场景回波；三种模式下的方位时间分别记为后斜视\、正侧视丨2、前斜视丨3，其中，\ePRl.α i+3i+6 i+9…PRI为方位向脉冲重复间隔，距离历史为及认;X，_y) = -- Y + (j; — Vti)2 + h；，1=1,2,3 ； 设发射信号为线性调频信号s(r) = red γ exp(jH,.r2+J'2;r/Q2.)，其中，τ为快 _ r _时间变量，Kr为调频斜率，Tr为脉冲时宽，f0为载频；从目标场景P(x，y)反射的回波经下变频后表达式为:U(⑷= JLs 咖 >，)縦{Hf _r」La _X exp j JttK丨.r —2剛’-γ，.>) |，/ = Ij 2,3X exp {-]4π Z0Riti; x, y) / cj dxdy其中，td(y)=y/v,τ d(\;x, y) =2R(ti;x, y)/c 是双程回波延迟,rect 和 ω3分别表示快时间域和慢时间域的窗函数，Ta是慢时间域的窗宽度，LOSi表示不同波束视线下的工作模式，i表不序号；步骤二:数据重排；将获取到的回波数据按后斜视、正侧视、前斜视三种模式进行重排，同一种模式下的回波数据排在一起:第{14 7 10……}个脉冲回波排在一起，第{2 5 8 11……}个脉冲回波排在一起，第{3 6 9 12……}个脉冲回波排在一起；步骤三:距离向脉冲压缩；构造脉冲压缩频域匹配函数权利要求1.一种临近空间慢速平台SAR成像方法，具体包括如下步骤: 步骤一:获取目标回波； 慢速运动平台沿y轴运动，速度为V，参考原点设为场景中心，零时刻记为正侧视模式下波束中心位于场景坐标系原点处，平台零时刻位置坐标记为( O，10，场景中任一目标场景P(x，y)的位置坐标记为(x，y，0)，散射系数记为σ (x，y);慢速平台SAR零时刻位置与场景坐标系原点间的距离记为2.根据权利要求1所述的临近空间慢速平台SAR成像方法，其特征在于，步骤五中所述的拼接采用线性过度拼接方式，具体过程如下: 设P1、P2为两块待拼接的区域，重叠区域为Cl、C2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种临近空间慢速平台SAR成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：获取目标回波；慢速运动平台沿y轴运动，速度为v，参考原点设为场景中心，零时刻记为正侧视模式下波束中心位于场景坐标系原点处，平台零时刻位置坐标记为(x0,0,h0)，场景中任一目标场景P(x,y)的位置坐标记为(x,y,0)，散射系数记为σ(x,y)；慢速平台SAR零时刻位置与场景坐标系原点间的距离记为；天线波束先指向后斜视区域，发射一个脉冲，录取回波后指向正侧视区域，在正侧视区域发射一个脉冲，录取回波后指向前斜视区域，在前斜视区域发射一个脉冲，录取回波后再指向后斜视区域，依此顺序录取目标场景回波；三种模式下的方位时间分别记为后斜视t1、正侧视t2、前斜视t3，其中,ti∈PRI·{i?i+3?i+6?i+9…}，PRI为方位向脉冲重复间隔，距离历史为R(ti;x,y)=(x-x0)2+(y-vti)2+h02，i=1,2,3；设发射信号为线性调频信号S(τ)=rect[τTr]exp(jπKrτ2+j2πf0τ)，其中，τ为快时间变量，Kr为调频斜率，Tr为脉冲时宽，f0为载频；从目标场景P(x,y)反射的回波经下变频后表达式为：SLOSi(τ,ti)=∫∫LOSiσ(x,y)rect[τ-τd(ti;x,y)Tr]ωa[ti-td(y)Ta]×exp{jπKr[τ-2R(ti;x,y)c]2},=1,2,3×exp{-j4πf0R(ti;x,y)/c}dxdy其中，td(y)=y/v，τd(ti;x,y)=2R(ti;x,y)/c是双程回波延迟，rect[·]和ωa[·]分别表示快时间域和慢时间域的窗函数，Ta是慢时间域的窗宽度，LOSi表示不同波束视线下的工作模式，i表示序号；步骤二：数据重排；将获取到的回波数据按后斜视、正侧视、前斜视三种模式进行重排，同一种模式下的回波数据排在一起：第{1?4?7?10……}个脉冲回波排在一起，第{2?5?8?11……}个脉冲回波排在一起，第{3?6?9?12……}个脉冲回波排在一起；步骤三：距离向脉冲压缩；构造脉冲压缩频域匹配函数:，其中,fη是方位向频率。脉冲压缩后，信号表示为：SLOSi_rc(τ,ti)=∫∫LOSiσ(x,y)pr[τ-τd(ti;x,y)Tr]ωa[ti-td(y)Ta],i=1,2,3;×exp{-j4πf0R(ti;x,y)/c}dxdy其中，pr[·]为距离压缩后包络；步骤四：变孔径后向反投影成像；根据SAR分辨理论，计算正侧视模式时孔径长度：计算前斜视与后斜视模式孔径长度为：根据不同的工作模式，使用相应的孔径长度，采用BP算法实现方位向能量积累，变孔径BP处理后信号表达式如下：SLOSi_image(τ,ti)=∫∫LOSiσ(x,y)pr(τ?2R0/c)ρa(ti)，i=1,2,3。×exp{?j4πf0R0/c}exp{j2πfηciti}dxdy其中，ρa(·)为方位向包络，fηci为方位向多普勒质心,正侧视模式下为0，斜视模式下fηci=-λ2dR(ti;x,y)dti|ti=tci，tci为波束中心穿越时刻，tci=-R0tanθv;步骤五：数据拼接，输出成像结果；将三种模式下的数据处理结果按照方位向顺序拼接在一起，进而完成整个成像场景的成像处理。FDA00003090396000011.jpg,FDA00003090396000021.jpg,FDA00003090396000023.jpg,FDA00003090396000024.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建宇，夏永红，李文超，黄钰林，蒋文，宋雷权，袁野，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：