[發明專利]基于球體模型和FENLCS算法的彈載SAR平飛段高分辨率成像方法

有效

• 申請號: 201910550789.0
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110244300B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 鐘華;劉靜;王夢圓;趙榮華;李世平;葉宗奇;陳國瑾
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開一種基于球體模型和FENLCS算法的彈載SAR平飛段高分辨率成像方法，準確揭示了經過上述距離向處理之后位于同一距離單元上的點目標波束中心距離之間方位空變關系。利用該關系對方位空變的高次距離徙動進行建模，將KT變換和一種方位空變的殘余高階距離徙動矯正相結合的處理方法，去除方位邊緣點的剩余距離徙動，進一步提高了距離向處理精度。基于該模型，本發明提出FENLCS成像處理方法，實現了空變的剩余多普勒中心的去除和多普勒高次調頻率的均衡。仿真結果驗證了本發明所推導的三維等距球體模型以及相應的信號處理算法在彈載平飛段高分辨率條件下是有效的。本發明在彈載平飛段高分辨率成像條件下的SAR回波數據具有更好的聚焦效果。

技術領域

本發明屬于信號處理領域，涉及在彈載SAR平飛段(高分辨率、寬測繪帶幅度、大斜視)的成像中，距離空變的斜視角導致雷達回波特性變化復雜條件下的高質量SAR成像處理工作。

背景技術

合成孔徑雷達成像發展至今，彈載SAR作為合成孔徑雷達發展的重要發展方向，具有廣泛的應用前景和重要的應用價值。在現代戰場，彈載雷達不僅需具備實時探測目標的能力，還需快速實時獲取地面目標的高分辨率圖像，實現精準目標成像與識別。然而，隨著高分辨率、寬測繪帶、大斜視角等需求的日益提升，以導彈為平臺的SAR成像技術也面領著日益增長的技術難度。

傳統SAR成像算法主要針對斜視角固定不變模型進行推導，忽視了空間斜視角隨距離向空變的問題，在彈載SAR高分辨寬測繪帶的區域成像、目標識別、導航定位等應用中，將出現圖像幾何畸變、分辨率無法提升等問題，因而對斜視角距離空變條件下的彈載SAR回波特性及高分辨率SAR成像算法研究具有重要的研究價值。

發明內容

為了解決斜視角距離空變條件下的彈載SAR成像處理所面臨的技術問題，本發明提出了一種能準確描述回波二維空變特性的三維等距球體模型，基于該模型和頻域預濾波方法，提出了一種改進的頻域非線性變標。

傳統方法忽視了空間斜視角隨距離向空變的問題，無法適用于彈載SAR平飛段大斜視寬測繪帶成像處理。本發明主要從三個方面改進了FENLCS算法：首先，本發明充分考慮了彈載SAR大斜視寬測繪帶成像的特點，基于斜視角地面投影不變的事實提出了一種三維等距球體模型，用于準確描述距離預處理之后等距點中心斜距及多普勒參數的空變關系。其次，基于該模型重新推導了FENLCS成像算法，用于校正多普勒調頻率及高次相位系數的空變特性，實現方位時域聚焦的統一處理。最后，本發明提出了一種頻域高次非空變預濾波方法，進一步消除了回波在方位時間域的線性殘余項，簡化FENLCS算法的推導過程。

本發明算法流程如下：距離向上，首先利用線性距離走動矯正(linear rangewalk correction,LRWC)大幅度去除非空變線性距離徙動和多普勒中心頻率，而大部分的剩余線性距離徙動則通過KT(keystone transform)變換去除。接著，利用Bulk RCMC處理在一定程度上矯正剩余高次距離徙動，并根據距離向預處理結果，本發明提出了三維等距球體模型，用于準確描述等距點的空間分布。由于方位邊緣點目標存在較多的殘余線性RCM，會影響到后續聚焦，因此借助于推導出的等距點間斜距的二維空變解析式，本發明提出了一種方位空變的殘余高階距離徙動矯正處理，從而去除方位邊緣點的剩余距離徙動，進一步提高了距離向處理精度，最后用二次距離壓縮(second range compression,SRC)完成了距離向處理。方位向上，提出引入頻域濾波因子來處理多普勒調頻率和高次相位等多普勒參數空變問題。由于地面距離空變的斜視角導致以場景中心點的走動校正處理所引起的多普勒中心殘余項方位空變，使得后續推導復雜化且影響方位聚焦，因此本發明提出FENLCS成像處理方法，實現了空變的剩余多普勒中心的去除和多普勒高次調頻率的均衡。此外，提出了一種頻域高次非空變預濾波方法，簡化了FENLCS算法的推導過程，提高聚焦質量。最終通過方位時域的統一聚焦處理，完成了算法的整個流程。

基于球體模型和FENLCS算法的彈載SAR平飛段高分辨率成像方法研究，包括如下步驟：