[發明專利]一種圓周合成孔徑雷達成像方法

在審

• 申請號: 201710205322.3
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106772380A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 閔銳;胡睿智;楊曉波;李晉;皮亦鳴
• 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: 周劉英

技術領域

本發明屬于電子信號處理技術領域，涉及空間遙感和空對地觀測信息處理技術，特別涉及一種機載圓周合成孔徑雷達(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)成像技術。

背景技術

SAR是二十世紀雷達技術發展的重要里程碑，它利用雷達回波信號的相關性，累積雷達運動過程中回波信號的多普勒頻移，在雷達的運動方向上合成等效的雷達孔徑，實現方位向的高分辨成像。因SAR采用主動式工作模式，對自身發射電磁波的反射回波進行成像處理，不受光照、溫度等外界環境的限制，可實現全天時、全天候的區域監測成像，且對植被、沙漠覆蓋等介質具有穿透能力而在災害評估、環境監測、海洋觀測、資源勘查、植被監測、測繪等領域得到了廣泛的應用。

圓周SAR(CSAR)是一種新興的體制。不同于傳統的SAR，它以圓周運動軌跡采集數據代替傳統的直線采集，其系統幾何示意圖如圖1所示，雷達平臺在高為H的高度面內做勻速圓周運動，其運動軌跡的半徑為R_gc，則雷達平臺在空間域中的位置可表示為r_s＝(X,Y,Z)＝(R_gccosθ,R_gcsinθ,H)，其中θ∈[0,2π)表示慢時間方位角。當雷達沿圓周軌跡運動時，其波束中心始終指向場景中心，并覆蓋地面上以場景中心為圓心、以R₀為半徑的圓形場景區域。雷達與場景中心的距離為雷達俯仰角為θ_z＝arctan(H/R_gc)。

CSAR相對于傳統SAR具有如下優勢：

首先，CSAR由于其特殊的飛行軌跡，使其在距離向和方位向的頻譜展到最寬，因此可以獲得方位向和距離向最高的分辨率，并且距離向和方位向的分辨率將保持一致，相對于傳統聚束SAR在分辨率方面又有了一個新的提高。

其次，傳統的條帶SAR還是聚束SAR他們都是以直線運動軌跡來采集數據的，導致雷達只能在一個有限的觀測角度內觀測目標區域內的目標，這樣會喪失很多目標特征。而CSAR的觀測角度可以達到360度，可以對目標做全向觀測，獲得目標的全視角特征。

然而，現有的CSAR成像算法主要分為兩類：參數化方法和非參數方法。參數化方法是指利用現代譜估計等參數估計方法提取散射點幅度和位置信息，包括基于RELAX的目標特征提取方法以及基于廣義Radon變換的成像算法等，但此類算法對于散射點特征不明顯的均勻場景成像效果較差。非參數方法是通過信號時域或頻域分布利用聚焦方法重建目標函數，主要包括：后向投影(Back-projection,BP)算法，共焦成像算法，基于格林函數分解的成像算法等。BP算法將成像區域劃分為網格(像素點)，計算每一像素點對應的積分路徑，然后沿該路徑進行積分(需要插值)，即將信號投影到對應的像素點，完成該點的聚焦。共焦成像算法與BP算法類似，也需計算每一像素點的路徑，再利用空變濾波得到聚焦結果。以上兩種算法均需對圖像每一像素點進行逐點計算，因而計算量巨大，不適用于大場景高分辨的實際應用。而基于格林函數分解的成像算法雖較前面兩種算法效率更高，但是算法中涉及到極坐標信號到直角坐標的二維插值，導致成像精度受插值算法的影響，且會引入額外的插值誤差，進而影響成像效果。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，公開了一種圓周合成孔徑雷達成像方法，針對高分辨的應用條件，在CSAR成像過程中充分考慮信號的極坐標格式分布特性，通過算法改進，解決傳統極坐標到直角坐標二維插值帶來的成像誤差的同時，采用傅里葉變換和快速分數階傅里葉變換等快速算法提高算法效率，是一種高效高分辨圓周合成孔徑雷達成像方法。

本發明的一種圓周合成孔徑雷達成像方法包括下列步驟：

步驟S1：對CSAR原始回波進行距離向處理，即對CSAR原始回波沿距離向變換到距離頻域；

再將距離向處理結果與距離向參考信號相乘，得到距離向匹配濾波后的斜平面信號S₁(ω,θ)，其中ω為快時間角頻率，θ為雷達方位角，斜平面信號S₁(ω,θ)也稱快時間頻率-方位角域信號；