[發明專利]基于LFM?PC復合調制信號和極坐標格式算法的SAR成像方法

在審

• 申請號: 201710205205.7
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107102327A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 張勁東;吳悅;賈逸群;張杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/32;G01S7/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 姜慧勤

技術領域

本發明涉及一種合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像處理方法，具體涉及基于LFM-PC復合調制信號和極坐標格式算法的SAR成像方法，屬于雷達成像技術領域。

背景技術

SAR通過成像的方式來獲得目標的信息，是對地觀測和空間偵察的重要手段。自20世紀50年代首次被提出以來，取得了飛速發展，在軍用和民用領域都發揮著重大作用。在民用方面，SAR可以用于地表測繪、海洋監測和災情觀測等；在軍用方面，SAR可用于戰場偵察和目標識別等。

線性調頻(Linear Format Modulation，LFM)信號、非線性調頻(Non-linear Format Modulation，NLFM)信號、相位編碼信號和混沌類信號是幾種常用的雷達信號。目前，SAR常用LFM信號作為雷達發射信號，但是LFM信號的自相關性能差，信號形式簡單，抗干擾性能差。與LFM信號相比，NLFM信號沒有信噪比的損失，自相關函數具有較低的旁瓣，但是精確的NLFM信號難以設計、生成和處理，且NLFM信號對多普勒敏感，因此并不常用。相位編碼信號和混沌類信號正交性能好，具有良好的抗干擾性能，但是這兩種信號都是多普勒敏感信號，只能用于目標多普勒變化范圍較窄的場合。

隨著SAR成像技術的發展，出現了很多成像模式，如：條帶模式、聚束模式、掃描模式、滑動聚束模式等。對于聚束SAR，極坐標格式算法(Polar Format Algorithm，PFA)是一種比較合適的算法。PFA適用于高分辨率、小場景成像，通過兩維重采樣和兩維傅里葉變換實現。由于處理過程較為簡單，因此被廣泛應用。傳統的基于LFM信號和極坐標格式算法的SAR成像方法可以取得很好的成像效果，但抗干擾性能差。相位編碼信號的采樣與一個脈沖內光滑的LFM信號的采樣不同，因此不能利用PFA成像。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供基于LFM-PC復合調制信號和極坐標格式算法的SAR成像方法，能在小斜視角下，依然取得良好的成像效果，且抗干擾性能好。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于LFM-PC復合調制信號和極坐標格式算法的SAR成像方法，包括如下步驟：

步驟1，利用相位編碼信號調制LFM信號，得到LFM-PC復合調制信號，將LFM-PC復合調制信號作為雷達發射信號發射出去；

步驟2，對雷達回波數據進行距離向傅里葉變換，得到包含距離頻域和方位時域的二維數據；

步驟3，將二維數據乘以參考函數，實現距離壓縮和場景中心相位矯正；

步驟4，對步驟3得到的數據，通過尺度變換進行距離向插值處理，得到變換后的距離頻率變量；

步驟5，通過重采樣，均勻化雷達天線相位中心瞬時方位角的正切，得到方位時間變量；

步驟6，通過尺度變換進行方位向插值處理，得到變換后的方位時間變量；

步驟7，對經過距離向和方位向插值處理后的數據做二維傅里葉變換，實現對點目標的成像。

作為本發明的一種優選方案，步驟3所述參考函數的表達式為：

其中，H₁表示參考函數，f_τ為距離向頻率，U_LFM-PC(f_τ)為LFM-PC信號的頻譜，*為共軛運算，j為虛數單位，c為光速，f_c為雷達中心頻率，R_a為雷達天線相位中心與場景中心之間的瞬時距離。

作為本發明的一種優選方案，步驟4所述距離向插值的公式為：

f_τ＝f_c(δ_r-1)+δ_rf_τ'，

其中，f_τ為距離向頻率，f_c為雷達中心頻率，為距離頻率尺度變換因子，為孔徑中心時刻天線相位中心的俯仰角，θ和分別為雷達天線相位中心的瞬時方位角和俯仰角，f_τ'為變換后的距離頻率變量。

作為本發明的一種優選方案，所述步驟5的公式為：

tanθ＝Ωt_a cosθ_s，

其中，θ為雷達天線相位中心瞬時方位角，Ω＝v/y_a，v為雷達平臺飛行速度，y_a為點目標的縱坐標，t_a為方位時間變量，θ_s為斜視角。