[发明专利]一种星载TOPSAR数据成像处理装置及其处理方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种星载TOPSAR数据成像处理装置及其处理方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)卫星近些年来发展迅速，由于SAR卫星不受天气、地理、时间等因素的限制，能够对地进行全天时的观测，且具有一定的穿透力，因而被广泛的应用于军事侦察、资源探测、海洋观测、生态监测等方面。

星载SAR作为一种对地观测成像雷达，宽观测带、高分辨率是其发展的一个重要方向。为了实现宽观测带，传统的方法是采用扫描工作模式(ScanSAR模式)，在ScanSAR工作模式下，卫星通过在工作时间内切换波束视角，完成不同区域的观测，最后通过拼接实现宽测绘带，如图1所示，T1～T6表示波束视角的切换时刻，S1～S6表示不同的子测绘带，V代表了飞行的速度。在ScanSAR工作模式下，观测区域内的每一个目标的被观测时间都只对应全孔径时间的一部分，处于方位向上不同位置的目标其对应的方位天线方向图加权调制不同，如图2所示，目标A、B、C分别处于方位向不同的位置，因此其对应的方位向天线方向图调制也不同。由于处于不同方位向位置的目标所受到的方位向天线方向图调制不同，最终将导致图像沿方位向出现明暗变化的“扇贝效应”，严重影响图像的判读。为了消除这种“扇贝效应”，需要对数据进行辐射校正处理，而其精确的校正需要对方位向天线方向图进行精准的测量，这无疑将增加整个系统的复杂度，同时也加大了数据后续处理的难度。为了缓解该问题，近几年产生了一种新的、先进的工作模式——TOPSAR模式(Terrain Observation by ProgressiveScans)，在该模式下，卫星在飞行过程中，天线通过沿方位向上的波束扫描，使得沿方位向上的每一个目标都具有全孔径的积累，因此每一个目标所受的方位向天线方向图调VLRF制都为全天线方向图调制，抑制了“扇贝效应”，其工作模式如图3所示，天线波速沿飞行方向进行扫描，因此方位向上的每一个目标都受到完整的方位向天线方向图调制，积累的能量相同，故“扇贝效应”得到了抑制，其中r1为卫星到旋转点的最近距离，r0为卫星到目标的最近距离。

TOPSAR工作模式虽然能够抑制扇贝效应，但其在工作期间需要沿方位向进行波束扫描，因此增加了TOPSAR数据处理的复杂度。首先由于方位向上的波束扫描，整个场景内多普勒带宽大于脉冲重复频率，这将造成TOPSAR数据在方位向频域上发生混叠；其次方位向上的波束扫描还使得波束照射场景大于卫星飞行时间内所对应的场景大小，这将造成TOPSAR数据在方位向时域上发生混叠。因此在对TOPSAR数据进行成像处理过程中，需要综合考虑数据在方位向上时域和频域的混叠。目前，针对TOPSAR数据的处理大多需要进行分块处理以解决方位向频域的混叠，这样降低了处理的效率，同时还引入了额外的拼接步骤。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种星载TOPSAR数据成像处理装置及方法。本发明提供了一种星载TOPSAR数据的成像处理装置及方法，利用本装置及方法，可解决数据在时域和频域的混叠问题，精确、高效的完成TOPSAR数据的成像处理。

本发明的一种星载TOPSAR数据的成像处理装置，包括数据存储模块、频域扩展模块、数据聚焦模块和时域扩展模块；

数据存储模块读入TOPSAR数据，如果数据的距离向采样点数不足2的n次幂，在距离向和方位向首尾进行补0，直到补足至2的n次幂；频域扩展模块从数据存储模块中获取补0后的数据，对数据进行复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成TOPSAR数据在方位向上的频域扩展；数据聚焦模块获取频域扩展模块处理后的数据，进行复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成TOPSAR数据在方位向和距离向上的能量聚焦；时域扩展模块获取数据聚焦模块处理后的数据，经过复数乘法操作及快速傅里叶变换操作，完成TOPSAR数据在方位向上的时域扩展，经过四个模块后，完成了TOPSAR数据的精确成像处理。

一种星载TOPSRA数据成像处理方法，包括如下几个步骤：

步骤一：TOPSAR数据的读入及存储；

具体包括以下几个步骤：

(a)按帧读入TOPSAR数据；

(b)判断方位向帧数是否为2的n次幂，如果是则执行步骤(c)，如不是则在方位向首尾补0至2的n次幂；

(c)判断距离向采样点数数是否为2的n次幂，如果是则执行步骤二，如不是则在距离向首尾补0至2的n次幂；

完成上述步骤后，TOPSAR数据的表达式如公式(1)所示：