[發明專利]基于三角正弦等效駐留相位點求解的波數域ArcSAR成像方法

在審

• 申請號: 202110684856.5
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113608215A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張遠;賈林靖;趙靈然
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 黃玉東;賈鑫玉

本發明屬于雷達成像技術領域，公開了一種基于三角正弦等效駐留相位點求解的波數域ArcSAR成像方法，該方法包括：在不對目標斜距近似的情況下，利用駐留相位原理對回波數據進行隱式置換，計算并推導出回波信號相位在波數域的完整表達式；根據所述完整表達式，構造補償函數實現相位誤差補償；通過旋轉角度方向逆傅里葉變換得到極坐標聚焦結果，并通過極坐標轉直角坐標插值得到二位空間坐標結果。本發明所公開的成像方法，理論上殘余誤差很小，對于近遠距目標成像都適用，成像精度高，且其算法時間效率與RDA接近，兼顧成像精度與時間效率。

技術領域

本發明屬于大視場觀測能力的地基圓弧軌道掃描合成孔徑雷達領域，尤其 是涉及一種基于三角正弦等效駐留相位點求解的波數域ArcSAR成像方法。

背景技術

GB-SAR采用了合成孔徑雷達成像原理，其系統平臺被靜止地放置于地面， 可以主動對被觀測區域發射雷達信號并進行接收，利用接收到的回波信號通常 可實現幾公里范圍內場景成像。GB-SAR系統分為兩類：直線軌道系統和圓弧 軌道系統。基于圓弧軌道的GB-SAR系統稱為ArcSAR。

已公開的ArcSAR成像算法可以分為三類。第一類是后向投影(BPA)算法， 基本原理是在二維時域中根據弧線軌道相干疊加距離向壓縮后的回波信號。BP 算法的特點是逐點進行相干積累，適應各種復雜的斜距幾何。但是，正是由于 逐點相干累積處理，在大視場、遠距離及高分辨率條件下，需要處理的場景網 格點數會變得非常巨大，從而導致BP算法執行效率過低。第二類是距離多普勒 算法(RDA)，基本原理是距離向采用脈沖壓縮進行聚焦，方位向變換到頻域， 在距離多普勒域通過距離徙動校正消除距離向和方位向耦合，通常推導過程中， 斜距都會近似為旋轉角度的二階項。由于該算法存在斜距近似，近距目標通常 不能得到很好的聚焦(近距范圍根據不同系統參數而定)，此外殘余距離空變誤 差無法去除。第三類算法是二維頻域算法(OmegaKA)，已知的相關算法將回波 信號變換到二維頻域，然后通過非線性映射消除旋轉方向與距離方向的耦合。 但是由于二維頻域相位中仍然存在目標斜距項，該算法只能采取對于不同斜距 位置的目標分別進行Stolt插值的處理，這勢必造成Stolt插值過程重復計算，極 大降低了處理效率。

上述三類算法中，BPA成像精度是最好的，但是成像時間效率是最低的。 RDA成像精度受到斜距近似影響，然而成像時間效率是最高的。已公開的 OmegaKA算法在推導二維頻域表達式過程中采用了近似處理，其主要難度在于 目標斜距中存在關于旋轉角度的三角函數，無法顯式地推導波數域表達式,因此 也并未能找到有效的波數域相位補償方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的是提供一種基于三角正弦 等效駐留相位點求解的波數域ArcSAR成像方法，以兼顧成像精度和時間效率， 并且殘余誤差小。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種基于三角正弦等效駐留相位點求解的波數域ArcSAR成像方法，該方 法包括：

步驟S1、在不對目標斜距近似的情況下，利用駐留相位原理對回波數據進 行隱式置換，計算并推導出回波信號相位在波數域的完整表達式；

步驟S2、根據所述完整表達式，再構造補償函數實現相位誤差補償；

步驟S3、通過旋轉角度方向逆傅里葉變換得到極坐標聚焦結果，并通過極 坐標轉直角坐標插值得到二位空間坐標結果。

進一步地，所述步驟S1具體包括：

步驟S11、對回波數據去斜，得到信號模型的初步表達式，并構造距離波 數的一次補償函數，將所述初步表達式與一次補償函數相乘得到模型的最終表 達式；

步驟S12、將所述最終模型的表達式沿旋轉角度方向進行傅里葉變換，計 算信號相位，并對雷達旋轉角度求導求解出駐留相位點；