一種非勻速太赫茲雷達平臺sar成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達成像技術，具體涉及一種太赫茲雷達平臺在非勻速運動情況下的 合成孔徑雷達(SAR)成像方法。
【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達(SAR)利用雷達信號的大帶寬技術和雷達運動形成的大孔徑實現距 離向和方位向的高分辨成像。SAR成像具有全天時、全天候的區域檢測成像能力，在軍事和 民用方面上得到了越來越廣泛的應用。太赫茲波相比傳統的X波段，L波段等的電磁波具有 更高的頻率和更大的帶寬，將太赫茲應用于SAR成像，可以有效提高雷達成像的分辨率，實 現對微小目標的成像。另外，太赫茲波能夠穿透許多非導電材料，有利于對隱蔽目標的探測 成像，在軍事探測和安檢等方面具有很大的應用潛力。
[0003] 在SAR成像處理技術中，通常將回波數據變換到頻域或波數域進行處理，因此對回 波數據做傅立葉變換是成像操作的重要步驟。傳統的傅立葉變換對數據采樣具有嚴格的要 求，即數據必須在方位向位置上均勻采樣。然而，由于外界因素的影響，雷達平臺不能按照 理想的軌跡運動，采集數據時會出現軌跡上的偏差，此時在方位向上時間均勻的采樣就會 導致數據采集位置的不均勻，如果仍直接進行傅立葉變換操作，回波信號在方位向的頻域 就會出現偏差，最終導致成像結果在方位向出現散焦。
[0004]目前常用的方法是采用自聚焦算法進行運動補償。自聚焦算法的一種是在成像過 程中估計方位向多普勒調頻率，通過估計得到的多普勒調頻率調整方位向參考函數，從而 得到更好的方位向聚焦效果。另一種是基于圖像的自聚焦算法，這類算法在復圖像域估計 方位向的相位誤差，然后再進行補償校正。自聚焦算法的缺點是往往需要通過一定的迭代 計算得到多普勒調頻率或者相位誤差，影響成像計算效率。
【發明內容】
[0005] 針對上述存在問題或不足，本發明提供了一種非勻速太赫茲雷達平臺SAR成像方 法。該方法的基本思想是通過回波數據估計出雷達非勻速運動情況下的采樣位置，利用非 均勻傅立葉變換將數據的方位向變換到頻域，然后進行stolt插值，最后由二維傅立葉反變 換得到成像結果。
[0006] 該非勻速太赫茲雷達平臺SAR成像方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1:雷達發射太赫茲頻段0.1 THz~10THZ線性調頻信號
[0008]
[0009] 其中，τ為快時間，t為慢時間，TP為脈沖寬度，f。為中心頻率，選取在太赫茲頻段，γ 為調頻斜率，_/ =_ 表不虛數單位。
[0010] 點目標坐標為(Xp，yp，〇)，在慢時間時刻t，雷達的位置為(Xa(t)，0，h )，其中方位向 坐標X., (Ο = ν'/ + .?(小v為理想狀態下的雷達速度，f的為雷達速度不均勻導致的位置偏 離;則t時刻，點目標與雷達的瞬時距離R(t)為
[0011]
[0012] 雷達接收到的回波信號為
[0013]
[0014] 以雷達運動軌跡與場景中心的垂直距離作為參考距離Rref，做去調頻處理，輸出信 號為
[0015]
[0016] 其中AR = R(t)_Rrrf，式中相位項^(Δ/?)2是去調頻處理產生的剩余視頻相位， 在距離壓縮前將其去除。
[0017] 對去除剩余視頻相位后的信號做距離向傅立葉變換，實現距離向的壓縮，得到在 距離頻域上各目標的Sine狀脈沖信號。
[0018]步驟2:通過回波信號計算雷達在方位向各個采樣時刻的位置 [0019]對步驟1中距離向傅立葉變換后的數據進行截取，獲得特顯點目標對應的數據矩 陣，對所得數據矩陣在一個方位向上搜索，得到該方位向上的最大值以及最大值對應的位 置，對每個方位向重復以上搜索得到所有方位向上的最大值和其對應的位置。
[0020] 由上述位置信息得到點目標與雷達的瞬時距離取其最小值為點目標與雷達 的最近距離及min =minp(〇卜由公式
[0021]
[0022] 計算出每個方位向采樣時刻(to，ti，…，tN)對應的方位向位置，進而得到對應的采 樣序列號k
[0023]
[0024] 步驟3:基于步驟2得到的采樣序列號，對步驟1中得到的信號數據x(c)做方位向， 即慢時間域的非均勻傅立葉變換，得到方位向頻域均勻分布的信號，〇 = -Ν/2，···，Ν/2_1表 示方位向序列號。
[0025] 步驟3-1:構造矩陣
[0026]
[0027] 其中，N為方位向數據長度，ω =e0/m%為信號過采樣率，q為插值點數。
[0028] 構造向
其中{mk} =mk-[mk]，[mk]是mk的整數部分，η = 0，."，q〇 π-c
[0029] s。為定標因子，取余弦定標因子，即& = COS'-。 Nm.
[0030] 由方程組Fzn(k)=an(k)，求得在不同采樣位置k處對應的q+1個插值系數zn(k)。
[0031] 步驟3-2:對方位向數據x(c)，由公式終=計算傅立葉變換系數 c,n,[mk^-c=l 約，再利用快速傅立葉變換方法計算
[0032]
[0033] 通過定標因子進行數據變換，得到方位向頻域數據
[0034]
[0035]通過以上變換將回波信號的方位向變換到頻域，即得到回波信號在方位向的頻域 形式。
[0036]步驟4:信號做ST0LT插值處理并進行二維傅立葉反變換得到SAR圖像；
[0037] 將步驟3得到的數據在對應的波數域分布為(Kx，KR)域，其中，Kx表示方位向波數， KR表示目標與雷達的視線波數，二者并非垂直關系，stolt變換公式為
[0038]
[0039] 通過距離向sine插值即可得到變換結果S(Kx，Ky)。
[0040] 步驟5:將步驟4中的結果S(Kx，Ky)做二維逆傅立葉變換，即得到最終的成像結果。
[0041] 本發明通過將由非均勻傅立葉變換將方位向采樣