[發明專利]一種SAR圖像仿真過程中方位向聚焦位置的計算方法

有效

• 申請號: 201310100914.0
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103217686A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 張月婷;仇曉蘭;丁赤飚;胡玉新;雷斌;付琨
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

技術領域

本發明涉及一種合成孔徑雷達（Synthetic?Aperture?Image,SAR）圖像仿真過程中方位向(azimuth)聚焦位置的計算方法，涉及高頻散射計算和合成孔徑雷達成像兩個領域。

背景技術

近年來，SAR設備和成像技術不斷發展，SAR圖像的理解和解譯問題倍受關注。為了反演目標信息，建立SAR圖像和目標之間的關系，當前普遍采用的研究手段是利用散射機理和SAR工作原理進行SAR圖像的仿真。SAR圖像仿真已經成為SAR領域的研究熱點之一。SAR圖像仿真主要包含場景建模、散射計算、圖像構建三個步驟。方位向和距離向位置的確定是圖像構建的過程。

傳統的SAR圖像仿真需要根據觀測條件對所考察的場景進行多角度、多頻率條件下的二維散射計算，這樣的仿真過程可以有效模擬目標在雷達飛行中散射的變化和合成孔徑因素對SAR圖像特征的影響由于電磁散射計算的復雜性和二維散射計算量巨大，該方法仿真速度慢，圖像構建中需要根據模擬的回波利用成像算法確定目標方位向和距離向位置[李仁杰等，基于電磁散射特性計算的目標SAR圖像仿真，雷達科學與技術，8(5):395-405,2010.]。在實際應用中，通常不需要考慮目標的散射機制隨方位角和入射頻率變化，由此導致：基于投影映射原理的仿真方法逐漸成為SAR圖像仿真領域的主流[徐豐等，基于投影映射的復雜地面場景極化SAR成像模擬，16(11):1459-1471,2006]，該方法簡化了SAR圖像生成的過程，近似認為目標的散射不隨合成孔徑時間而變化，忽略合成孔徑和成像的過程，在圖像構建過程中，認為目標散射最終返回雷達時所對應的坐標既是目標方位向聚焦的位置。

基于投影映射的SAR圖像仿真方法簡化了目標散射的過程，針對方位向聚焦位置的計算，該方法沒有考慮合成孔徑的過程，直接利用目標散射最終返回雷達時所對應的位置代替方位向聚焦的位置，這樣得到的仿真SAR圖像與實際的SAR圖像在很多圖像特征上會存在差異。

這種差異存在的根本原因在于，當目標發生多徑散射時，由于合成孔徑的影響，目標散射返回雷達時所對應的位置與實際聚焦的方位向位置存在著差異，需要找到一種方法考慮合成孔徑過程給多徑散射方位向聚焦帶來的影響。總之，目前，基于投影映射的SAR圖像仿真方法中方位向聚焦的步驟忽略了SAR的合成孔徑過程，仿真得到的SAR圖像與實際的SAR圖像存在著差異，應當改進。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種SAR圖像仿真過程中方位向聚焦位置的計算方法，能有效的表達合成孔徑因素對方位向聚焦位置的影響，使得仿真圖像中由于合成孔徑產生的SAR圖像特征充分表現出來。

本發明的技術解決方案如下：

該SAR圖像仿真過程中方位向聚焦位置的計算方法，包括以下步驟：

第一步，確定初始等相位面和射線起點：在目標近雷達一側，根據雷達波束入射的方向選定初始等相位平面，并在該平面上確定射線起點坐標；

第二步，計算目標坐標系下射線起點的坐標，根據坐標變換矩陣T,假設A、B兩點分別為某條射線的入射點和彈出點，設A點在目標坐標系下的坐標為：[x_A,y_A,z_A]=[X_A,Y_A,Z_A]·T；

第三步，射線循跡：射線從A點出發，依次彈射經過C、D點，最后在等相位面的B點返回雷達，根據第二步的射線起點坐標，根據射線理論計算射線在等相位面的出射點B的位置，令其成像坐標系下的坐標[X_B,Y_B,Z_B]；

第四步，計算該條射線的近似方位向聚焦位置：令雷達波束中心經過A點時對應的斜距為R_A，雷達波束中心經過時對應的斜距R_B；則該條射線的近似方位向聚焦位置_η為：