[發(fā)明專利]一種流結(jié)構(gòu)非勻速直線運動合成孔徑雷達(dá)成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310094633.9
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103197315A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 師君;張曉玲;馬龍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

1.步驟初始化成像處理參數(shù)

為了實現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)成像處理，成像系統(tǒng)需提供如下初始化參數(shù)，包括：工作波長，記作λ；發(fā)射信號時寬，記作T_Puls；接收機采樣頻率，記作f_s；接收波門延遲，記作T_Delay；距離向采樣點數(shù)，記作N_r；合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件所包含的脈沖重復(fù)周期數(shù)目，記作N_Azi，成像系統(tǒng)距離向理論分辨率，記作ρ_r；成像系統(tǒng)方位向理論分辨率，記作ρ_a；合成孔徑雷達(dá)斜視偏移，記作Disp_sq；合成孔徑長度，記作L_ap；距離向插值倍數(shù)，記作k，k為自然數(shù)；成像區(qū)域起始位置x方向分量，記作x₀；成像區(qū)域起始位置y方向分量，記作y₀；成像區(qū)域起始位置z方向分量，記作z₀；成像區(qū)域?qū)挾龋涀鱈_x；成像區(qū)域長度，記作L_y；批處理長度，記作Batch，Batch為自然數(shù)；子圖像長度，記作L_sub；合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)文件名稱；合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件名稱；

步驟2、確定孔徑緩存尺寸

根據(jù)步驟1已知的成像系統(tǒng)距離向理論分辨率ρ_r，利用公式int_x=0.5×ρ_r，計算成像區(qū)域像素x方向間隔，記作int_x；根據(jù)步驟1已知的成像系統(tǒng)方位向理論分辨率ρ_a，利用公式int_y=0.5×ρ_a，計算成像區(qū)域像素y方向間隔，記作int_y；根據(jù)步驟1已知的合成孔徑長度L_ap，利用公式計算合成孔徑長度對應(yīng)的像素點數(shù)，記作N_ap；利用公式N_apbuff=N_ap+100，計算孔徑緩存的長度，記作N_apbuff；根據(jù)步驟1已知的成像區(qū)域?qū)挾萀_x，利用公式計算孔徑緩存的寬度，記作N_x，其中，round(σ)表示對變量σ的四舍五入取整操作，σ為實數(shù)；

步驟3、確定子圖像緩存尺寸

根據(jù)步驟1中已知的子圖像長度L_sub和步驟2中得到的成像區(qū)域像素y方向間隔int_y，利用公式計算子圖像緩存長度，記作N_sub；

步驟4、初始化孔徑緩存和子圖像緩存

根據(jù)步驟2得到的孔徑緩存長度N_apbuff和孔徑緩存寬度N_x，創(chuàng)建大小為N_apbuff×N_x的二維數(shù)組，稱作“孔徑緩存”，記作Buff_ap(i,j)，其中，i表示孔徑緩存的行序號，i=0,1,...,(N_apbuff-1)，j表示孔徑緩存的列序號，j=0,1,...,(N_x-1)，并將孔徑緩存的所有元素置零；根據(jù)步驟3得到的子圖像緩存長度N_sub和步驟2得到的孔徑緩存寬度N_x，創(chuàng)建大小為N_sub×N_x的二維數(shù)組，稱作“子圖像緩存”，記作Buff_sub(m,j)，m表示子圖像緩存的行序號，其中，m=0,1,...,(N_sub-1)；

步驟5、讀取天線相位中心數(shù)據(jù)

根據(jù)步驟1已知的合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件名稱，讀取合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中所有時刻的天線相位中心位置，記作P_apc(ID)，其中，ID表示脈沖重復(fù)周期序號，ID=0,1,2,...,(N_Azi-1)，N_Azi表示合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件所包含的脈沖重復(fù)周期數(shù)目；

步驟6、讀取回波數(shù)據(jù)

在計算機內(nèi)存中分配一個整型變量，稱為“批處理起始脈沖重復(fù)周期序號”，記作ID_bat，并將批處理起始脈沖重復(fù)周期序號ID_bat的值置為0；根據(jù)步驟5得到的合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中所有時刻的天線相位中心位置P_apc(ID)，利用公式ycur=Papcy(IDbat+Batch-1)+Dispsq+Lap2-y0,]]>其中，表示合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中α_y時刻的天線相位中心位置沿運動方向的分量，其中，α_y為整數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)的已知兩點位置計算距離的方法，計算當(dāng)前批次孔徑最前端位置到場景初始位置的距離，記作y_cur；

如果當(dāng)前批次孔徑最前端位置到場景初始位置的距離y_cur小于0，則跳轉(zhuǎn)至步驟15；利用公式ycur′=Papcy(IDbat)+Dispsq-Lap2-y0,]]>采用標(biāo)準(zhǔn)的已知兩點位置計算距離的方法，計算當(dāng)前批次孔徑最末端位置到場景初始位置的距離，記作y'_cur；

如果當(dāng)前批次孔徑最末端位置到場景初始位置的距離y'_cur大于成像區(qū)域長度L_y，則跳轉(zhuǎn)到步驟16；否則，根據(jù)步驟1已知的合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)文件名稱，讀取脈沖重復(fù)周期序號ID=ID_bat+a時刻的合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，記作D_raw(p,a;ID_bat)，其中，p為合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)距離向采樣序號，p=0,1,2,...,(N_r-1)，a為當(dāng)前批次脈沖重復(fù)周期子序號，a=0,1,2,...,(Batch-1)；

步驟7、距離壓縮與插值

采用標(biāo)準(zhǔn)的合成孔徑雷達(dá)距離壓縮和插值方法，對步驟6得到的脈沖重復(fù)周期序號ID=ID_bat+a時刻的合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)D_raw(p,a;ID_bat)沿距離向進(jìn)行距離壓縮和插值，得到距離壓縮和插值后的合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記作D_RC(l,a;ID_bat)，其中，l=0,1,2,...,(kN_r-1)；

步驟8、孔徑緩存循環(huán)置零

如果批處理起始脈沖重復(fù)周期序號ID_bat=0，則跳轉(zhuǎn)到步驟9；否則，根據(jù)步驟5得到的合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中所有時刻的天線相位中心位置P_apc(ID)，利用公式

IDZeroapbuffstart=mod(round(Papcy(IDbat-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)+1+Nap,Napbuff),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要置零的孔徑緩存行序號的起始位置，記作利用公式

IDZeroapbuffend=mod(round(Papcy(IDbat+Batch-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)+1+Nap,Napbuff),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要置零的孔徑緩存行序號的終止位置，記作其中，mod(σ',Λ)表示對變量σ'取Λ的模，其中，σ'為正整數(shù)，Λ為正整數(shù)；按照循環(huán)訪問準(zhǔn)則，將孔徑緩存行序號位于和之間的孔徑緩存的整列區(qū)域置零；

步驟9、計算像素點到合成孔徑雷達(dá)的距離

令當(dāng)前批次內(nèi)脈沖重復(fù)周期子序號a=0，根據(jù)步驟5得到的合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中所有時刻的天線相位中心位置P_apc(ID)，選擇脈沖重復(fù)周期序號ID=ID_bat+a時刻合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)天線相位中心位置，利用公式

IDPixstart=round(Papcy(IDbat+a)+Diapsq-y0-Lap/2inty),]]>

計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期時刻合成孔徑末端相對場景初始位置的像素間隔，記作IDPix_start；利用公式x_(i,j)=j×int_x+x₀，j=0，計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期時刻合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素的位置的x方向分量，記作x_(i,j)；利用公式y(tǒng)_(i,j)=(i+IDPix_start)×int_y+y₀，i=0，計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素的位置的y方向分量，記作y_(i,j)，利用公式z_(i,j)=z₀，計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素的位置的z方向分量，記作z_(i,j)；利用公式

R(i,j)(IDbat+a)=(x(i,j)-Papcc(IDbat+a))2+(y(i,j)-Papcy(IDbat+a))2+(z(i,j)-Papcz(IDbat+a))2,]]>

計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑內(nèi)照射區(qū)域第i行第j列像素到當(dāng)前脈沖重復(fù)周期時刻合成孔徑雷達(dá)天線相位中心的距離，記作R_(i,j)(ID_bat+a)，其中，表示合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中α_x時刻的天線相位中心位置在二維圖像空間中垂直于運動方向的分量，α_x為整數(shù)，表示合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中α_z時刻的天線相位中心位置垂直于二維圖像空間的分量，α_z為整數(shù)；

步驟10、計算像素對應(yīng)的回波位置

采用步驟9得到的當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑內(nèi)照射區(qū)域第i行第j列像素到當(dāng)前脈沖重復(fù)周期時刻合成孔徑雷達(dá)天線相位中心的距離R_(i,j)(ID_bat+a)，利用公式IDecho(i,j)(IDbat+a)=round((2R(i,j)(IDbat+a)C-TDelay+TPuls)×k×fs),]]>其中，C表示光速，計算當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素在當(dāng)前脈沖重復(fù)周期對應(yīng)的距離向回波位置序號，記作IDecho_(i,j)(ID_bat+a)；

步驟11、相位補償和累加

利用步驟7得到的距離壓縮和插值后的合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)D_RC(l,a;ID_bat)和步驟10得到的當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素在當(dāng)前脈沖重復(fù)周期對應(yīng)的距離向回波位置序號IDecho_(i,j)(ID_bat+a)，利用公式

Buff_ap(mod(IDPix_start+i,N_apbuff),j)←Buff_ap(mod(IDPix_start+i,N_apbuff),j)

+D_RC(IDecho_(i,j)(ID_bat+a),a;ID_bat)，

×exp(-1×2π×R(i,j)(IDbat+a)/λ)]]>

其中，←表示賦值操作，exp表示以自然對數(shù)的底為底的指數(shù)函數(shù)，將相位補償后的當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)第i行第j列像素在當(dāng)前脈沖重復(fù)周期對應(yīng)的回波累加到孔徑緩存中行序號等于mod(IDPix_start+i,N_apbuff)、列序號等于j的位置；

步驟12、遍歷孔徑緩存所有位于孔徑照射區(qū)域內(nèi)的像素

選擇當(dāng)前脈沖重復(fù)周期合成孔徑照射區(qū)域內(nèi)所有第i行第j列像素，其中i=0,1,...,(N_ap-1)，j=0,1,...,(N_x-1)，重復(fù)步驟9-11，直到遍歷孔徑緩存中當(dāng)前脈沖重復(fù)周期時刻所有位于孔徑照射區(qū)域內(nèi)的像素；

步驟13、遍歷當(dāng)前批次的所有脈沖重復(fù)周期

改變當(dāng)前批次內(nèi)脈沖重復(fù)周期子序號a，令a=1,2,...,(Batch-1)，重復(fù)步驟9-12，直到遍歷當(dāng)前批次的所有脈沖重復(fù)周期；

步驟14、孔徑緩存數(shù)據(jù)輸出

如果批處理起始脈沖重復(fù)周期序號ID_bat=0，則跳轉(zhuǎn)到步驟15；否則，根據(jù)步驟5得到的合成孔徑雷達(dá)天線相位中心數(shù)據(jù)文件中所有時刻的天線相位中心位置P_apc(ID)，利用公式

IDRapbuffstart=mod(round(Papcy(IDbat-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)-2,Napbuff),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要讀取的孔徑緩存行序號的起始位置，記作利用公式

IDRapbuffend=mod(round(Papcy(IDbat+Batch-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)-2,Napbuff),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要讀取的孔徑緩存行序號的終止位置，記作利用公式

IDWapbuffstart=mod(round(Papcy(IDbat-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)-2,Nsub),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要寫入的子圖像緩存行序號的起始位置，記作利用公式

IDWapbuffend=mod(round(Papcy(IDbat+Batch-1)+Dispsq-y0-Lap/2inty)-2,Nsub),]]>

計算當(dāng)前處理批次需要寫入的子圖像緩存行序號的終止位置，記作

按照循環(huán)訪問準(zhǔn)則，依次選擇孔徑緩存行序號在到之間的整列數(shù)據(jù)和子圖像緩存行序號在到之間的整列數(shù)據(jù)；如果所選擇的整列子圖像緩存行序號不等于0，則將孔徑緩存中的整列數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的整列子孔徑緩存中；如果所選擇的整列子圖像緩存行序號等于0，則先將子圖像緩存中的所有數(shù)據(jù)存入外部存儲設(shè)備，然后將孔徑緩存中的整列數(shù)據(jù)存入對應(yīng)的整列子孔徑緩存中；

步驟15、遍歷所有的脈沖重復(fù)周期

將批處理起始脈沖重復(fù)周期序號ID_bat加Batch，即ID_bat←ID_bat+Batch，重復(fù)步驟6-14，直到處理完所有合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)；

步驟16、保存子圖像緩存剩余數(shù)據(jù)

將子圖像緩存中的所有數(shù)據(jù)存入外部存儲設(shè)備，并終止程序；

經(jīng)過以上步驟，即可得到高精度合成孔徑雷達(dá)圖像。