[發(fā)明專利]基于滑動(dòng)接收窗的機(jī)載高分辨率斜視聚束SAR成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310167269.4
• 申請(qǐng)日: 2013-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN103278819A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳杰;曾虹程;楊威;張豪杰;王鵬波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種基于滑動(dòng)接收窗的機(jī)載高分辨率斜視聚束SAR成像方法，包括以下步驟：

步驟一：讀入基于滑動(dòng)接收窗的機(jī)載高分辨率斜視聚束SAR二維原始回波復(fù)數(shù)據(jù)S_start以及相應(yīng)的成像參數(shù)；

S_start是一個(gè)二維復(fù)數(shù)組，大小為N_a×N_r，成像參數(shù)包括：方位向采樣點(diǎn)數(shù)N_a、距離向采樣點(diǎn)數(shù)N_r、信號(hào)采樣率f_s、信號(hào)帶寬Bw、調(diào)頻斜率b、脈沖重復(fù)頻率PRF、參考斜距R_ref、多普勒中心頻率fd₀、多普勒調(diào)頻率f_r0、衛(wèi)星速度P_v、等效斜視角信號(hào)波長(zhǎng)λ、信號(hào)載頻f₀、信號(hào)傳播速度c；

步驟二：將二維原始回波復(fù)數(shù)據(jù)S_start進(jìn)行方位向解線性調(diào)頻處理，具體包括以下幾個(gè)步驟：

（a）構(gòu)造兩個(gè)一維序列i,j，其中i代表方位向序列，j代表距離向序列；

i＝[1,2,…,N_a]???（2）

j＝[1,2,…,N_r]

（b）獲取二維原始回波復(fù)數(shù)據(jù)S_start各行對(duì)應(yīng)的方位時(shí)刻t(i)；

t(i)=i-Na/2PRF---(3)]]>

（c）將二維原始回波復(fù)數(shù)據(jù)S_start與去旋轉(zhuǎn)因子H₁相乘，得到數(shù)據(jù)S_{1_1}(i,j)，其中因子H₁(i)是大小為N_a×1的一維復(fù)數(shù)組，公式為：

H₁(i)＝exp{jπ(fr₀·t²(i)+2·fd₀·t(i))}???（4）

則二維復(fù)數(shù)組S_{1_1}由下式得出：

S_{1_1}(i,j)＝S_start(i,j)·H₁(i)???（5）

（d）對(duì)復(fù)數(shù)據(jù)S_{1_1}沿每個(gè)距離向進(jìn)行快速傅里葉變化，得到復(fù)數(shù)據(jù)S_{1_2}；

S_{1_2}(:,j)＝FFT(S_{1_1}(:,j))???（6）

其中，S_{1_2}(:,j)表示S_{1_2}的第n列，S_{1_1}(:,j)表示S_{1_1}的第n列，F(xiàn)FT(·)表示對(duì)一維數(shù)組進(jìn)行快速傅里葉變換；

（e）獲取去旋轉(zhuǎn)后的等效脈沖重復(fù)頻率PRF'；

PRF′=Nr·fr0PRF---(7)]]>

（g）結(jié)合式（7）獲取二維復(fù)數(shù)據(jù)每行對(duì)應(yīng)的方位時(shí)刻t₁(i)；

t1(i)=i-Na/2PRF′---(8)]]>

（h）將復(fù)數(shù)據(jù)S_{1_2}同因子H₂相乘，得到最終方位向解線性調(diào)頻后的數(shù)據(jù)S₁；其中因子H₂(i)是大小為N_a×1的一維復(fù)數(shù)組，其公式為：

H2(i)=exp{jπ·fr0·t12(i)}---(9)]]>

則二維復(fù)數(shù)組S₁由下式得出：

S₁(i,j)＝S_{1_2}(i,j)·H₂(i)???（10）

步驟三：將步驟二得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₁(i,j)沿每個(gè)距離向進(jìn)行快速傅里葉變換，得到方位向頻譜復(fù)數(shù)據(jù)S₂(i,j)；

S₂(:,j)＝FFT(S₁(:,j))???（11）

其中，S₂(:,j)表示S₂的第j列，S₁(:,j)表示S₁的第j列，F(xiàn)FT(·)表示對(duì)一維數(shù)組進(jìn)行快速傅里葉變換；

步驟四：將步驟三得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₂(i,j)同對(duì)應(yīng)方位時(shí)刻的方位向解線性調(diào)頻殘留相位誤差補(bǔ)償因子Ω₁(i)相乘，得到補(bǔ)償后的復(fù)數(shù)據(jù)S₃(i,j)；

（a）結(jié)合式（7）獲取二維方位向頻域距離向時(shí)域復(fù)數(shù)據(jù)S₂(i,j)每行對(duì)應(yīng)的方位頻率f_a(i)；

fa(i)=i-Na/2Na·PRF′---(12)]]>

（b）結(jié)合式（12）獲取大小為N_a×1的一維補(bǔ)償因子Ω₁(i)；

Ω1(i)=exp{jπ·fa2(i)fr0}---(13)]]>

（c）獲取補(bǔ)償后的二維復(fù)數(shù)據(jù)S₃(i,j)；

S₃(i,j)＝S₂(i,j)·Ω₁(i)???（14）

步驟五：將步驟四得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₃(i,j)沿每個(gè)方位時(shí)刻進(jìn)行快速傅里葉變換，得到二維頻譜復(fù)數(shù)據(jù)S₄(i,j)；

S₄(i,:)＝FFT(S₃(i,:))???（15）

其中，S₃(i,:)表示S₃的第i行，S₄(i,:)表示S₄的第i行；

步驟六：將步驟五得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₄(i,j)同對(duì)應(yīng)的一致壓縮因子Ω₂(i,j)相乘，得到粗聚焦復(fù)數(shù)據(jù)S₅(i,j)；

（a）根據(jù)參考斜距R_ref獲取最短斜距R_min；

Rmin=Rref-c2fs·Nr2---(16)]]>

（b）獲取二維頻域復(fù)數(shù)據(jù)S₄(i,j)每列對(duì)應(yīng)的距離頻域f_τ(j)；

fτ(j)=j-Nr/2Nr·fs---(17)]]>

（c）結(jié)合式（12）與式（17）獲取二維頻域復(fù)數(shù)據(jù)S₄(i,j)每列對(duì)應(yīng)的方位向波數(shù)k_x(i)與每行對(duì)應(yīng)的距離向波數(shù)k_rc(j)；

kx(i)=2πfa(i)Pv]]>(18)]]>

krc(j)=4π(f0+fτ(j))c]]>

（d）結(jié)合式（16）～式（18）獲取大小為N_a×N_r的二維一致壓縮因子Ω₂(i,j)；

（e）結(jié)合式（19）獲取一致壓縮后的二維復(fù)數(shù)據(jù)S₅(i,j)；

S₅(i,j)＝S₄(i,j)·Ω₂(i,j)???（20）

步驟七：對(duì)于步驟六得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₅(i,j)，利用sinc插值法進(jìn)行stolt插值處理，得到由二維頻域映射到二維波數(shù)域的復(fù)數(shù)據(jù)S₆(i,j)；

（a）根據(jù)距離頻域到距離波數(shù)域的映射關(guān)系，結(jié)合式（18）獲取距離波數(shù)域波數(shù)k'_rc(i,j)；

（b）遍歷獲取距離波數(shù)域波數(shù)k'_rc(i,j)的最大值k'_rc,max與最小值k'_rc,max，并獲取距離波數(shù)域波數(shù)等分間隔Δk'_rc；

Δkrc′=krc,max′-krc,min′Nr---(22)]]>

（c）獲取二維波數(shù)域數(shù)據(jù)均勻的距離波數(shù)域波數(shù)

krce(j)=krc′min+j·Δkrc′---(23)]]>

（d）獲取二維波數(shù)域復(fù)數(shù)據(jù)各均勻的距離波數(shù)域波數(shù)在每行對(duì)應(yīng)的不均勻k'_rc(i,:)中的位置p(i,j)；

具體為：以獲取第一行第一列的位置p(1,1)為例，首先獲取絕對(duì)差值

n＝[1,2,…,N_r]，獲取最小的絕對(duì)差值Δk_min和對(duì)應(yīng)位置的n，若p(1,1)＝n-1，若p(1,1)＝n，同理，以此類推，得到每一個(gè)位置p(i,j)；

（e）結(jié)合上步得到的位置p(i,j)，獲取sinc插值所需采樣點(diǎn)間隔q(i,j,n)；

q(i,j,n)=krce(j)-krc′(i,(p(i,j)+n))4πfsc·1Nr,]]>n＝[-N/2,-N/2+1,…,N/2-1]???（24）

（f）結(jié)合式（24）利用sinc插值法，獲取出經(jīng)stolt插值后的二維數(shù)據(jù)S₆，由于二維數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)據(jù)，需要分別對(duì)S₆(i,j)的實(shí)部S_{6_re}(i,j)和虛部S_{6_im}(i,j)分別進(jìn)行sinc插值法獲取得出；

其中，N是插值核長(zhǎng)度，sinc(·)是指插值函數(shù)S_{5_re}(i,j)是指二維數(shù)據(jù)S_{5_re}第i行第j列的實(shí)部，S_{5_im}(i,j)是指二維數(shù)據(jù)S_{5_im}第i行第j列的虛部；

步驟八：將步驟七得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₆(i,j)沿每個(gè)距離向進(jìn)行快速傅里葉逆變換，得到方位時(shí)域距離波數(shù)域復(fù)數(shù)據(jù)S₇(i,j)；

S₇(:,j)＝IFFT(S₆(:,j))???（27）

其中，S₆(:,j)表示S₆的第j列，S₇(:,j)表示S₇的第j列，IFFT(·)表示對(duì)一維數(shù)組進(jìn)行快速傅里葉逆變換；

步驟九：將步驟八得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₇(i,j)同幾何校正因子Ω₃(i,j)相乘，得到經(jīng)幾何校正后的復(fù)數(shù)據(jù)S₈(i,j)；

（a）結(jié)合式（8）與式（12），獲取幾何校正因子Ω₄(i,j)；

Ω4(i,j)=exp{-j2π·fa(i)·λ·fd0·t1(i)c}---(28)]]>

（b）利用式（30）獲取經(jīng)幾何校正后的復(fù)數(shù)據(jù)S₈(i,j)；

S₈(i,j)＝S₇(i,j)·Ω₃(i,j)???（29）

步驟十：將步驟九得到的復(fù)數(shù)據(jù)S₈(i,j)沿每個(gè)方位時(shí)刻進(jìn)行快速傅里葉逆變換，得到最終的成像結(jié)果S_end(i,j)；

S_end(i,:)＝IFFT(S₈(i,:))???（30）

其中，S₈(i,:)表示S₈的第i行，S_end(i,:)表示S_end的第i行。