一種基于波數(shù)域算法的步進(jìn)頻sar的成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 步進(jìn)頻SAR是目前國(guó)內(nèi)外高分辨率技術(shù)中的研究熱點(diǎn)，具有測(cè)距精度高、抗雜波 能力強(qiáng)、可以識(shí)別真假目標(biāo)和反隱身等優(yōu)點(diǎn)，在軍用和民用等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 步進(jìn)頻SAR通過合成子脈沖得到的大帶寬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)距離向高分辨率，通過雷達(dá) 載機(jī)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，形成長(zhǎng)線性陣列來實(shí)現(xiàn)方位向高分辨率。平臺(tái)相對(duì)地面靜止目標(biāo)之間的 運(yùn)動(dòng)分為三種：發(fā)射脈沖期間的運(yùn)動(dòng)、接收脈沖期間的運(yùn)動(dòng)以及相鄰發(fā)射脈沖之間的運(yùn)動(dòng)。 步進(jìn)頻SAR的脈沖間運(yùn)動(dòng)引起的斜距變化會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)距離像的偏移和質(zhì)量的退化（包括分 辨率和信噪比），必須要補(bǔ)償這個(gè)斜距變化值。
[0004] 針對(duì)補(bǔ)償方法的研究，大部分文獻(xiàn)分析了雷達(dá)徑向速度對(duì)步進(jìn)頻SAR-維距離像 的影響，通常采用一種改變脈沖重復(fù)間隔的方法來消除多普勒二次相位，合成距離成像的 結(jié)果只體現(xiàn)為距離像的平移，避免了距離向分辨率的惡化和信噪比的損失。但這種補(bǔ)償方 法是基于一維距離成像而言的，對(duì)于二維成像不適用。
[0005] 對(duì)于步進(jìn)頻SAR成像算法的研究，通常是先進(jìn)行頻域?qū)挾绕唇樱颜瓗盘?hào)拼接 為寬度信號(hào)，頻域?qū)挾绕唇拥玫揭痪S高分辨距離像，然后再利用距離多普勒算法、后向投影 算法以及的ChirpScaling算法等得到二維壓縮圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文提出一種基于波數(shù)域算法的步進(jìn)頻體制的高分辨率合成孔徑雷達(dá) (SyntheticApertureRadar，SAR)的成像方法。由于步進(jìn)頻SAR回波信號(hào)的距離向是頻 域信號(hào)，方位向?yàn)榫€性調(diào)頻時(shí)域信號(hào)，可以用駐定相位原理對(duì)方位向進(jìn)行FFT后變?yōu)槎S 頻域信號(hào)，其相位中有一項(xiàng)是由脈沖間斜距差引入的，提出了在二維頻域中補(bǔ)償方法，解決 脈沖間運(yùn)動(dòng)引起的斜距變化導(dǎo)致的目標(biāo)距離像偏移和質(zhì)量退化。而波數(shù)域成像算法的主要 聚焦操作是在二維頻域上實(shí)現(xiàn)的，另外，只要滿足速度恒定，就能夠在大孔徑范圍內(nèi)校正沿 距離向的距離走動(dòng)變化。同時(shí)，步進(jìn)頻SAR-般應(yīng)用在高分辨率情形下，而波數(shù)域算法精度 較高，計(jì)算量相對(duì)適中。
[0007] 本發(fā)明提出一種基于波數(shù)域算法的步進(jìn)頻SAR的成像方法，該方法包括如下步 驟：
[0008] 步驟1 :對(duì)接收合成孔徑雷達(dá)的回波信號(hào)，利用駐定相位原理對(duì)回波信號(hào)的方位 向進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得二維頻域數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2 :將二維頻域數(shù)據(jù)與補(bǔ)償函數(shù)相乘，補(bǔ)償雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致 的脈沖間對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)斜距差；
[0010] 步驟3 :對(duì)步驟2獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦處理，將步驟2獲得的結(jié)果與參考函數(shù)相乘， 使參考處目標(biāo)得到完全聚焦，非參考處目標(biāo)得到部分聚焦；
[0011] 步驟4 :對(duì)步驟3獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行Stolt插值，完成非參考處目標(biāo)的補(bǔ)余聚焦；
[0012] 步驟5 :對(duì)步驟4獲得的聚焦數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向快速傅里葉逆變換，完成距離壓縮；
[0013] 步驟6 :對(duì)步驟5獲得距離向壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向快速傅里葉逆變換，完成方位壓 縮，將信號(hào)變回到時(shí)域即圖像域。
[0014] 進(jìn)一步的所述步驟2中的補(bǔ)償函數(shù)為：
[0015]H(fa) =exp(-j2nfanTr)
[0016] 其中：fa表示多普勒頻率，n表示匕時(shí)發(fā)射的子脈沖序號(hào)，n= 0, 1，…，N-l，表 示雷達(dá)脈沖周期。
[0017] 進(jìn)一步的所述步驟3中使用RFM濾波器對(duì)參考距離處的相位進(jìn)行補(bǔ)償，使參考處 目標(biāo)得到完全聚焦，而非參考處目標(biāo)得到部分聚焦。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是，提出了在二維頻域中補(bǔ)償了雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo) 致的脈沖間對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)斜距差，校正圖像距離像的偏移和提高圖像質(zhì)量。后續(xù)使用波數(shù)域 算法，即通過參考函數(shù)相乘和Stolt插值在距離頻域采樣點(diǎn)、方位多普勒域中精確聚焦目 標(biāo)。
【附圖說明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0020] 圖1是步進(jìn)頻SAR信號(hào)圖。
[0021] 圖2是雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的幾何關(guān)系圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明的步進(jìn)頻SAR的波數(shù)域成像算法流程圖。
[0023] 圖4是多點(diǎn)目標(biāo)成像仿真等高線圖。
[0024] 圖5是多點(diǎn)目標(biāo)成像仿真的三維圖。
[0025] 圖6中（a)是點(diǎn)目標(biāo)1成像仿真結(jié)果的方位剖面圖；(b)是點(diǎn)目標(biāo)1成像仿真結(jié) 果的距離剖面圖；
[0026] (c)是點(diǎn)目標(biāo)2成像仿真結(jié)果的方位剖面圖；（d)是點(diǎn)目標(biāo)2成像仿真結(jié)果的距離 剖面圖。
[0027] (e)是點(diǎn)目標(biāo)3成像仿真結(jié)果的方位剖面圖；（f)是點(diǎn)目標(biāo)3成像仿真結(jié)果的距離 剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 步進(jìn)頻SAR通過發(fā)射多個(gè)子脈沖來合成寬帶信號(hào)，每個(gè)子脈沖的頻率是不同的， 如圖1所示。設(shè)發(fā)射N個(gè)子脈沖，第n+1子脈沖信號(hào)可以表示為：
[0029] st(t,n) = 〇n(t)exp(j2 3ifcnt) (1)
[0030] 其中，n= 0, 1, "'N-l，〇n(t) =rect(t/Tpn)表示矩形窗函數(shù)，Tpn表示窗寬度即 第n+1個(gè)脈沖信號(hào)寬度，表示第n+1個(gè)子脈沖的中心頻率；設(shè)脈沖間步進(jìn)頻間隔Af是 相等的，步進(jìn)頻信號(hào)的起始頻率為f。，則之"=fc+nAf，t表示時(shí)間。
[0031] 對(duì)于與雷達(dá)的距離為R的目標(biāo)，回波時(shí)延t=2R/c，c為光速，回波信號(hào)為：
[0032] sr(t,n) = 〇n(t-x)exp[j2 3ifcn(t-x)] (2)
[0033] 對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)至基帶信號(hào)，使用的參考信號(hào)為：
[0034] sref(t,n) =exp(j2nfcnt) (3)
[0035] 解調(diào)后，信號(hào)為：
[0036] sd(t,n) = 〇n(t-x)exp(-j2 3ifcnx) (4)
[0037] 將T = 2R/c和fcn=fc+nAf代入式（4)，信號(hào)為：
[0038]
(5)
[0039] 由于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)，雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離是隨著時(shí)間變化的，用R(t)代替R表示 瞬時(shí)距離。設(shè)點(diǎn)目標(biāo)在距離向、方位向二維空間的位置為（〇，R。)，雷達(dá)在方位向運(yùn)