[发明专利]一种步进调频体制超高分辨率SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高分辨率合成孔径雷达(Synthetic aperture radar，简称SAR)成像方法，尤其涉及一种步进调频体制超高分辨率SAR成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)是通过信号处理技术对地面景物进行成像的一种新的雷达体制，它利用雷达与目标的相对运动，把在不同位置接收到的目标回波信号进行相干处理，从而获得很高的方位向分辨率。作为一种全天时、全天候的二维高分辨率成像雷达系统，SAR在军事和民用领域有着广泛的应用。由于分辨率的提高对目标识别、特征提取等能力的提高有极大的帮助，近年来，超高分辨率SAR成像技术成为SAR领域的研究热点之一。

现有SAR成像方法通常采用线性调频变尺度算法(chirp scaling algorithm，CSA)对雷达回波信号进行聚焦处理。线性调频变尺度算法利用发射chirp信号的线性调频特性进行变标处理，使得场景内不同距离向点目标距离徙动一致，而后统一校正。其处理过程分为变标、距离向脉冲压缩和方位向脉冲压缩三个步骤。该算法处理中无需插值计算，效率较高。CSA算法具体可参考文献（R. K. Raney, H. Rung, R. Bamler, I. G. Cumming, Precision SAR processing using chirp scaling 1994. 2：G. W. Davidson, I. G. Cumming, M. R. Ito, A chirp scaling approach for processing squint mode SAR data 1996.）。

然而，线性调频变尺度算法推导中采用二阶泰勒展开近似，在简化处理流程的同时也在聚焦过程中引入了相位误差。此外，该算法处理中并未考虑距离多普勒（range Doppler，RD)域中距离向调频斜率随距离的变化，利用场景中心距离处的调频斜率统一脉压场景内点目标，导致远距离处点目标脉冲压缩后仍有残余相位误差。在超高分辨率条件下，上述误差变大，使得聚焦图像质量严重下降，即使场景中心处点目标响应都可能不满足系统要求。因此，减小该算法在超高分辨率条件下的相位误差，扩展场景有效聚焦范围，使得CSA可以有效地实现x波段超高分辨率SAR回波的高精度处理成为该算法应用的一个迫切需求。

此外，在步进调频体制下应用CSA处理超高分辨率SAR回波数据还存在额外的问题。步进调频体制下回波子脉冲之间存在相位差异，现有的时间域或者频率域直接带宽合成方法，如文献（A. J. Wilkinson, R. T. Lord, M. R. Inggs, Stepped-frequency processing by reconstruction of target reflectivity 1998. 2: R. T. Lord, M. R. Inggs, High resolution SAR processing using stepped-frequencies 1997）所述，是在一维频率域拼接回波子脉冲信号(其中时间域拼接方法可以等效为频率域拼接方法)，合成后全带宽信号而后进行SAR成像处理。由于上述直接带宽合成方法不能完全消除子脉冲之间的相位差异，导致合成后信号聚焦质量通常低于理想全带宽信号。因此，步进调频体制下超高分辨率SAR成像处理不仅需要考虑降低算法聚焦点目标相位误差，还需要考虑回波信号带宽合成的问题，尽量消除带宽合成时子脉冲之间存在的相位差异。

发明内容

本发明的目的在于克服现有线性调频变尺度算法存在的超高分辨率条件下相位误差过大的问题，提供一种高精度高效率的步进调频体制超高分辨率SAR成像方法。

本发明方法采用如下技术方案：

首先抽取回波信号中载频相同的子脉冲信号并依次排列，得到步进调频子带宽数据；然后对得到的步进调频子带宽数据分别进行线性调频变尺度聚焦处理；最后将聚焦处理后的步进调频子带宽数据进行拼接成像。

上述技术方案中在进行拼接成像时，可以使用现有的频率域或者时间域带宽合成方法，但考虑到现有方法不能完全消除回波子脉冲之间的相位差异，因此本发明又进一步采用二维频率域拼接成像方法，具体为：将聚焦处理后的步进调频子带宽数据通过距离向逆傅立叶变换变换到二维频率域，在二维频率域中进行拼接成像。