頻域合成孔徑雷達成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合成孔徑雷達技術領域，尤其一種頻域合成孔徑雷達成像方法。
【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達(SAR)是一種工作于主動探測方式的微波成像遙感設備。SAR裝載在 飛機、衛星等運動平臺上，隨著平臺的移動發射探測信號并接收目標的回波信號，通過將一 系列接收到的信號進行綜合處理使其等效于一個大孔徑天線發射和接收到的信號的方式 來實現高分辨率的目標探測，這一技術稱為孔徑合成技術。
[0003] 合成孔徑雷達具有探測距離遠、成像區域寬、分辨率高，可全天候晝夜工作。在資 源普查、測繪、海洋環境調查、災害監測、軍事偵察等領域具有廣泛的應用。
[0004] 雷達發射的電磁波為球面波，在低精度成像時，可近似為平面波進行成像處理。而 在高精度成像時，不能忽略電磁波存在的波前彎曲。在波束指向偏離正側視時也會存在波 前與平臺運動方向不平行的問題，上述問題統稱為距離迀移。
[0005] 通常，為了保證雷達的高精度成像性能，需要在成像處理中加進距離迀移校正 (RCMC)處理。目前，主要的成像方法包括距離多普勒域成像方法(RD方法）、波數域成像方法 (ω -k方法）、Chirp Scaling方法(CS方法）AD以及ω -k等方法具有處理簡單、精度高等特 點，然而由于在處理的過程中需要進行插值，帶來了插值誤差，為了減少插值帶來的誤差則 需要采用更復雜的插值算法，又帶來了運算量增加的問題。因此，在高精度的SAR成像處理 中，通常采樣CS方法。CS方法避免了插值運算，但是帶來了處理步驟增多、需要多次轉置存 儲、處理模型存在近似誤差等問題，增加了處理的復雜性和局限性。
[0006] 在不斷的實踐過程中，申請發現目前已有的SAR成像方法中，存在著或者精度低， 或者運算處理復雜、運算量大等問題。因此，本領域存在對進一步簡化處理和提高精度的 SAR成像方法的需要。
【發明內容】
[0007] (一)要解決的技術問題
[0008] 鑒于上述技術問題，本發明提供了一種頻域合成孔徑雷達成像，以滿足對降低計 算復雜性、降低運算量、提高成像精度等要求。
[0009] (二)技術方案
[0010] 本發明頻域合成孔徑雷達成像包括:步驟A，對合成孔徑雷達接收的回波信號依次 進行下變頻和解調后，采樣得到信號s(ta，t r)，對信號s(ta，tr)進行兩維傅里葉變換，得到S (fa，fr)，其中，1為方位向變量，tr為距離向變量，fa為方位向變量對應的頻率變量；f r為距 離向變量對應的頻率變量;步驟B，將信號S (fa，fr)與雷達系統工作參考信號HRF (fa，fr)相 乘，得到信號步驟C，將信號按照設定的插值算法進行Stolt變換，得到 信號S 2(fa，f/)，其中，f/為新的距離頻率變量；以及步驟D:將信號S2(f a，f/)進行二維逆 傅里葉變換后，與設定的插值算法對應的插值誤差補償函數相乘，得到高精度合成孔徑雷 達圖像SI(ta，tr) 〇
[0011] (三)有益效果
[0012] 從上述技術方案可以看出，本發明頻率合成孔徑雷達成像具有以下有益效果：
[0013] (1)采用頻域精確、無誤差的成像算法，計算過程中的插值運算帶來的誤差采用插 值誤差補償方法加以控制，可避免插值計算誤差對SAR成像的影響，實現高精度成像；
[0014] (2)插值誤差補償函數由插值算法確定，可以選用便于實現的插值算法，大大簡化 了插值運算量；
[0015] (3)實現SAR成像的處理算法及流程簡單，可大量節省轉置處理的時間和對轉置存 儲器的需求，降低了成像算法實現的復雜性。
[0016] 從上述特點中可以看出，本發明給出的SAR高精度成像方法，對處理誤差進行了有 針對性的補償、成像精度高，計算簡單、運算量少，簡化了處理流程、占用的轉置處理時間和 存儲空間少，具有適合于計算機通過數值計算軟件來實現、以及采用數字信號處理器(DSP) 以及FPGA芯片硬件電路實現等優勢，具有較好的應用前景。
【附圖說明】
[0017] 圖1是根據本發明實施頻域合成孔徑雷達成像方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 本發明采用頻域精確、無誤差的成像算法，計算過程中的插值運算帶來的誤差采 用插值誤差補償方法加以控制，以降低計算復雜性、降低運算量和成像精度。
[0019] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0020] 在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種頻域合成孔徑雷達成像方法。如圖1 所示，本實施例頻域合成孔徑雷達成像方法包括：
[0021] 步驟Α:對合成孔徑雷達接收的回波信號依次進行下變頻和解調后，采樣得到信號 8(^，^)，在距離向補零后進行兩維傅里葉變換，得到3(匕，匕）；
[0022] 假設合成孔徑雷達發射的線性調頻信號為：
[0024] 其中：tr表示距離時間變量，W( ·)表示發射信號的包絡，fQ是發射信號的載頻，Kr 是發射信號的線性調頻率，其中j為虛數單位
[0025] 雷達接收到的回波信號經過下變頻、解調后的信號為S(ta，tr)，其中ta為方位向變 量，tr為距咼向變量。
[0026] 為了避免后續頻域插值引起模糊，將信號S(ta，tr)在距離向補零至原來信號長度 的2~4倍以上，之后進行距離向和方位向二維傅里葉變換，得到信號S(f a，fr)，其中，fa為方 位向變量對應的頻率變量;fr為距離向變量對應的頻率變量。
[0027] 步驟B:將信號S(fa，fr)與雷達系統工作參考信號HRF(f a，fr)相乘，得到信號Si(fa， fr)；
[0028]雷達系統工作參考信號為：
[0030] 上式（2)中，c為光速，v為雷達平臺的運動速度，rref為進行成像處理的參考距離， 通常選為雷達成像觀測區域距離向中心位置與雷達所在位置的距離。
[0031] 將S(fa，fr)與參考函數相乘，得到如下結果：
[0032] Sl(fa,fr)=S(fa,fr) * HRF(fa,fr) (3)
[0033] 步驟C:將信號SKfufr)按照設定的插值算法進行stolt變換，得到信號S2(fa， f·/ )，其中，f/為新的距離頻率變量；
[0034] 進行stolt變換，將原來的距離頻率變量fr映射為新的距離頻率變量f/，如下所 示：
[0038]在通過數字信號處理方式進行上式的stolt變換時，會遇到計算的信號取值在離 散采樣點之間的問題，需要對信號進行插值。
[0039]設定的插值算法是：首先在信號采樣點之間插入m-1個零值點（相當于m倍增采 樣），之后用插值算法對應的卷積函數與插入零值點的信號進行卷積運算從而完成插值。其 中，最鄰域插值算法對應長度為m的方波卷積函數，線性插值算