多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法技術

本發明專利技術公開了一種多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法，主要解決寬場景下成像分辨率低的問題。其實現過程是：（1）采用一發多收的通道方式全孔徑接收原始SAR回波信號；（2）對回波信號進行方位帶寬壓縮處理和波束壓縮處理；（3）利用后多普勒空時自適應處理方法對壓縮后的回波信號進行恢復重建；(4)將恢復重建后的回波信號變換到二維頻域；(5)利用多普勒成像算法對二維頻域的回波信號進行距離徙動校正和脈沖壓縮，實現成像。本發明專利技術利用波束指向SAR提高了方位分辨率，并通過波束域和角度域的壓縮解決了波束指向SAR帶寬過寬的問題，同時簡化了成像處理流程，提高了成像處理效率，可用于寬場景、高分辨要求下的星載平臺SAR成像。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于雷達信號處理領域，特別涉及多通道波束指向合成孔徑雷達SAR的全孔徑成像方法，適用于星載平臺SAR成像處理。
技術介紹
在常規的星載SAR系統中，方位高分辨率要求提高方位帶寬，方位帶寬提高后，需要一個較大的方位采樣率PRF避免方位向的模糊。而大的場景覆蓋面積又要求一個較小的PRF，用以保證相鄰回波序列不發生重疊。因此，被觀測場景的方位分辨率和場景的大小是 一對矛盾。為保證大的觀測場景并解決方位向的模糊問題，提出了多通道SAR體制。多通道SAR系統中，PRF通常會小于信號方位帶寬，這樣就會引起方位向的模糊，所以必須進行方位信號的恢復重建。目前多通道SAR的方位信號恢復方法主要是兩大類第一類方法從信號與系統的角度出發，利用系統轉移函數描述多通道系統，然后通過逆系統的概念恢復無混跌的信號；第二類方法從雷達成像處理中合成陣列的概念處理，通過分析不同模糊頻率在合成陣列中的物理意義，利用零極點波束形成的方法無模糊恢復信號。這兩種方法均在應用實際數據，并取得較好的結果，然而這兩種方法只是針對條帶式SAR的。為了獲得更加靈活的方位場景寬度和分辨率，可以通過波束指向SAR,如聚束SAR,滑動聚束SAR或TOPS SAR等來控制分辨率。然而，波束指向SAR在數據錄取的過程中，天線指向發生變化，導致整個數據的方位帶寬遠高于信號瞬時帶寬，超過了條帶式多通道SAR信號重建要求。針對這一問題，Nicolas等提出了一種“階梯”的重建方法，用于處理多通道T0PSSAR數據，該方法利用子孔徑成像處理有效解決了多通道TOPS SAR信號重建問題。然而在子孔徑處理中，小的PRF會導致方位出現很多的數據塊，并導致復雜的操作，如重疊數據的選取和子孔徑數據拼接等。另外，扇貝現象也會以PRF為周期出現。以上方法并不能很好地解決多通道波束指向SAR的成像處理問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法，以實現寬場景下的高分辨成像。實現本專利技術目的的技術思路是對接收原始合成孔徑雷達SAR的回波信號，在方位頻域和波束域對回波信號進行壓縮處理，通過運用后多普勒空時自適應處理方法對方位模糊的回波信號進行恢復，并結合多普勒成像算法對回波信號進行距離徙動的校正和距離向、方位向的壓縮處理，實現成像。具體步驟包括如下(I)采用一發多收的通道方式全孔徑接收原始SAR回波信號；(2)對回波信號進行方位帶寬壓縮處理和波束壓縮處理；2a)根據回波信號形式，構建方位帶寬壓縮函數H' (ta，Xm)和波束壓縮函數H(ta，Xj為H(ta, Xm) = exp (^-βπα (ta — U) Xm - jirdX^ )，Xm) = exp (-jTTjfi — j2wtu )其中，ta為方位慢時間，Xm為第m個通道到參考通道的方位間距，tr為方位參考時間，a和β為未知參數，exp為以自然對數e為底的指數函數，f；為方位參考頻率，Y為未知參數；2b)將回波信號與方位帶寬壓縮函數H' (ta，Xm)和波束壓縮函數H(ta，Xm)相乘，得到回波信號在方位時域-波束域的表示式S (ta，Xffl)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法，包括如下步驟：（1）采用一發多收的通道方式全孔徑接收原始SAR回波信號；（2）對回波信號進行方位帶寬壓縮處理和波束壓縮處理；2a)根據回波信號形式，構建方位帶寬壓縮函數H′(ta，Xm)和波束壓縮函數H(ta，Xm)為：H(ta,Xm)=exp(-j2πα(ta-tr)Xm-jπβXm2),H′(ta,Xm)=exp(-jπγta2-j2πtafr);其中，ta為方位慢時間，Xm為第m個通道到參考通道的方位間距，tr為方位參考時間，a和β為未知參數，exp為以自然對數e為底的指數函數，fr為方位參考頻率，γ為未知參數；2b）將回波信號與方位帶寬壓縮函數H′(ta，Xm)和波束壓縮函數H(ta，Xm)相乘，得到回波信號在方位時域？波束域的表示式S(ta，Xm)：S(ta,Xm)=wang(Xm)wazi(ta+Xm2v-t0)exp(-j4πλRb2+(vtc-vta-Xm2)2)×exp(-j2πα(ta-tr)Xm-jπβXm2-jπγta2-j2πtafr)其中，wang(·)為通道加權函數，wazi為方位窗函數，τ為駐定相位點，tc為代表目標位置的時間，t0為多普勒中心點對應的方位時間，Rb為載機到場景最近距離，λ為回波信號波長，v為載機飛行速度；2c）對S(ta，Xm)作二維傅里葉變換，得到回波信號在多普勒域？角度域的表示式S(fa，sinθ)：S(fa,sinθ)=∫wazi(τ-t0)exp(-j4πλRb2+(vtc-vτ)2)×exp(-jπγτ2-j2π(fa+fr)τ)Π(τ)dτ其中，fa為方位頻率，θ為載機到目標斜視角，∏(τ)為中間變量并可表示為：Π(τ)=∫wang(x)exp(j2πx(-α(τ-tr)+γτ+f+fa2v-sinθλ))×exp(jπ(αv-β-γ4v2)x2)dx其中x為過渡參數，此時，參數α，β，γ需滿足：2d）將代入中間變量∏(τ)中，得到：Π(τ)=Wang(sinθλ-fa2v-(fref2v+αtref)-(γ2v-α)τ)其中Wang(·)為wang(·)的傅里葉變換，此時，參數a，γ需滿足2e）利用所述的并結合回波信號帶寬限制不等式Bi+|2v2λRr+γ|Ta≤M×PRF,計算得到參數α，β，γ的數值；2f）將計算得到的參數α，β，γ的數值代入回波信號在多普勒域？角度域的表示式S(fa，sinθ)中，即可完成回波信號的方位帶寬壓縮和波束壓縮；（3）利用后多普勒空時自適應處理方法，對壓縮后的回波信號進行恢復重建，得到恢復重建后的回波信號為S(fa)：S(fa)=∫wazi(τ-t0)exp(-j4πλRb2+(vtc-vτ)2)×exp(-jπγτ2-j2πfrτ-j2πfaτ)dτ（4）將恢復重建后的回波信號變換到二維頻域，得到二維頻域的回波信號S0(fτ)；（5）利用多普勒成像算法對二維頻域的回波信號S0(fτ)進行距離徙動校正和脈沖壓縮，實現成像。FDA00002286334600023.jpg,FDA00002286334600024.jpg,FDA00002286334600026.jpg,FDA00002286334600027.jpg,FDA00002286334600028.jpg...

【技術特征摘要】
1.一種多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法，包括如下步驟 (1)采用一發多收的通道方式全孔徑接收原始SAR回波信號； (2)對回波信號進行方位帶寬壓縮處理和波束壓縮處理； 2a)根據回波信號形式，構建方位帶寬壓縮函數H' (ta，Xffl)和波束壓縮函數H(ta，Xffl)為2.根據權利要求I中所述的多通道波束指向SAR的全孔徑成像方法流程，其中步驟(4)所述的將恢復重建后的回波信號變換到二維頻域，得到二維頻域的回波信號Stl(I...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫光才，邢孟道，張升，保錚，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：