[發明專利]一種流結構非勻速直線運動合成孔徑雷達成像方法

有效

• 申請號: 201310094633.9
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103197315A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 師君;張曉玲;馬龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

1.步驟初始化成像處理參數

為了實現合成孔徑雷達成像處理，成像系統需提供如下初始化參數，包括：工作波長，記作λ；發射信號時寬，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，記作N_r；合成孔徑雷達天線相位中心數據文件所包含的脈沖重復周期數目，記作N_Azi，成像系統距離向理論分辨率，記作ρ_r；成像系統方位向理論分辨率，記作ρ_a；合成孔徑雷達斜視偏移，記作Disp_sq；合成孔徑長度，記作L_ap；距離向插值倍數，記作k，k為自然數；成像區域起始位置x方向分量，記作x₀；成像區域起始位置y方向分量，記作y₀；成像區域起始位置z方向分量，記作z₀；成像區域寬度，記作L_x；成像區域長度，記作L_y；批處理長度，記作Batch，Batch為自然數；子圖像長度，記作L_sub；合成孔徑雷達原始數據文件名稱；合成孔徑雷達天線相位中心數據文件名稱；

步驟2、確定孔徑緩存尺寸

根據步驟1已知的成像系統距離向理論分辨率ρ_r，利用公式int_x=0.5×ρ_r，計算成像區域像素x方向間隔，記作int_x；根據步驟1已知的成像系統方位向理論分辨率ρ_a，利用公式int_y=0.5×ρ_a，計算成像區域像素y方向間隔，記作int_y；根據步驟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的像素點數，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；根據步驟1已知的成像區域寬度L_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；

步驟3、確定子圖像緩存尺寸

根據步驟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

根據步驟2得到的孔徑緩存長度N_apbuff和孔徑緩存寬度N_x，創建大小為N_apbuff×N_x的二維數組，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，創建大小為N_sub×N_x的二維數組，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據

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

步驟6、讀取回波數據

在計算機內存中分配一個整型變量，稱為“批處理起始脈沖重復周期序號”，記作ID_bat，并將批處理起始脈沖重復周期序號ID_bat的值置為0；根據步驟5得到的合成孔徑雷達天線相位中心數據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，表示合成孔徑雷達天線相位中心數據文件中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，采用標準的已知兩點位置計算距離的方法，計算當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，則跳轉至步驟15；利用公式ycur′=Papcy(IDbat)+Dispsq-Lap2-y0,]]>采用標準的已知兩點位置計算距離的方法，計算當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大于成像區域長度L_y，則跳轉到步驟16；否則，根據步驟1已知的合成孔徑雷達原始數據文件名稱，讀取脈沖重復周期序號ID=ID_bat+a時刻的合成孔徑雷達回波數據，記作D_raw(p,a;ID_bat)，其中，p為合成孔徑雷達回波數據距離向采樣序號，p=0,1,2,...,(N_r-1)，a為當前批次脈沖重復周期子序號，a=0,1,2,...,(Batch-1)；

步驟7、距離壓縮與插值

采用標準的合成孔徑雷達距離壓縮和插值方法，對步驟6得到的脈沖重復周期序號ID=ID_bat+a時刻的合成孔徑雷達回波數據D_raw(p,a;ID_bat)沿距離向進行距離壓縮和插值，得到距離壓縮和插值后的合成孔徑雷達數據，記作D_RC(l,a;ID_bat)，其中，l=0,1,2,...,(kN_r-1)；

步驟8、孔徑緩存循環置零

如果批處理起始脈沖重復周期序號ID_bat=0，則跳轉到步驟9；否則，根據步驟5得到的合成孔徑雷達天線相位中心數據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，Λ為正整數；按照循環訪問準則，將孔徑緩存行序號位于和之間的孔徑緩存的整列區域置零；

步驟9、計算像素點到合成孔徑雷達的距離

令當前批次內脈沖重復周期子序號a=0，根據步驟5得到的合成孔徑雷達天線相位中心數據文件中所有時刻的天線相位中心位置P_apc(ID)，選擇脈沖重復周期序號ID=ID_bat+a時刻合成孔徑雷達數據天線相位中心位置，利用公式

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

計算當前脈沖重復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，計算當前脈沖重復周期時刻合成孔徑照射區域內第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_(i,j)=(i+IDPix_start)×int_y+y₀，i=0，計算當前脈沖重復周期合成孔徑照射區域內第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，計算當前脈沖重復周期合成孔徑照射區域內第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,]]>

計算當前脈沖重復周期合成孔徑內照射區域第i行第j列像素到當前脈沖重復周期時刻合成孔徑雷達天線相位中心的距離，記作R_(i,j)(ID_bat+a)，其中，表示合成孔徑雷達天線相位中心數據文件中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，表示合成孔徑雷達天線相位中心數據文件中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；

步驟10、計算像素對應的回波位置

采用步驟9得到的當前脈沖重復周期合成孔徑內照射區域第i行第j列像素到當前脈沖重復周期時刻合成孔徑雷達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，計算當前脈沖重復周期合成孔徑照射區域內第i行第j列像素在當前脈沖重復周期對應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數據D_RC(l,a;ID_bat)和步驟10得到的當前脈沖重復周期合成孔徑照射區域內第i行第j列像素在當前脈沖重復周期對應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表示以自然對數的底為底的指數函數，將相位補償后的當前脈沖重復周期合成孔徑照射區域內第i行第j列像素在當前脈沖重復周期對應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域內的像素

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

步驟13、遍歷當前批次的所有脈沖重復周期

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

步驟14、孔徑緩存數據輸出

如果批處理起始脈沖重復周期序號ID_bat=0，則跳轉到步驟15；否則，根據步驟5得到的合成孔徑雷達天線相位中心數據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

按照循環訪問準則，依次選擇孔徑緩存行序號在到之間的整列數據和子圖像緩存行序號在到之間的整列數據；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據存入對應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據存入外部存儲設備，然后將孔徑緩存中的整列數據存入對應的整列子孔徑緩存中；

步驟15、遍歷所有的脈沖重復周期

將批處理起始脈沖重復周期序號ID_bat加Batch，即ID_bat←ID_bat+Batch，重復步驟6-14，直到處理完所有合成孔徑雷達數據；

步驟16、保存子圖像緩存剩余數據

將子圖像緩存中的所有數據存入外部存儲設備，并終止程序；

經過以上步驟，即可得到高精度合成孔徑雷達圖像。