[发明专利]斜视聚束合成孔径雷达的成像方法

说明书

技术领域

本发明属于SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)成像领域，涉及一种适用于斜视聚束SAR成像处理的成像方法。

背景技术

聚束SAR技术是SAR领域内的研究热点之一。在聚束SAR中，通过控制合成孔径时间内的天线波束指向，使天线波束长时间照射成像区域，获得比条带SAR更大的多普勒带宽，从而实现方位向的高分辨率。此外，在聚束SAR中，成像场景内不同方位位置目标具有不同的方位谱中心频率，这进一步增加了聚束SAR回波信号总的方位带宽。为避免回波信号发生方位谱混叠现象，SAR系统的PRF(Pulse Repeat Frequency，脉冲重复频率)通常需是回波信号总的方位带宽的1.5～2倍。依照这一原则，在某些高分辨率/超高分辨率聚束SAR系统中，PRF需达几千赫兹甚至上万赫兹。过高的PRF不但增加了系统的硬件设计难度，还将导致回波数据量剧增，进而增加回波数据存储、传输和处理等负担。此外，在星载聚束SAR中，PRF不能设计得太高，否则会发生距离模糊现象。因此，在实际高分辨率聚束SAR系统中，通常采用PRF小于回波信号总的方位带宽的设计方法。由于PRF不满足Nyquist采样定理，将导致回波信号发生方位谱混叠现象。回波信号的方位谱混叠现象使聚束SAR的成像处理变得更加复杂，将导致传统SAR频域成像方法不再适用，需研究更加有效的成像方法。

目前，适用于具有方位谱混叠现象聚束SAR的成像方法主要两种：

一是子孔径成像法。有关这种方法的详细推导，可参见J.Mittermayer，A.Moreira，and O.Loffeld.Spotlight SAR data processing using the frequency scaling algorithm.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，vol.37，no.5，pp.2198-2214，1999。子孔径成像法的缺点为：在回波信号的方位压缩处理中，存在复杂的频谱拼接处理，这将易导致SAR图像出现幅度失真和相位失真，降低图像质量。此外，频谱拼接的次数将随着PRF的降低而增加，从而在一定程度上影响算法的成像效率。

二是两步式成像法。有关这种方法的详细推导，可参见R.Lanari，M.Tesauro，E.Sansosti，et al.Spotlight SAR data focusing based on a two-step processing approach.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，vol.39，no.9，pp.1993-2004，2001。两步式成像法的优点是成像过程中不存在频谱拼接处理，较好地保持了系统传输函数的空变特性，具有很高的成像精度。其缺点为：两步式成像法是基于正侧视聚束SAR成像模型推导的，不适用于斜视聚束SAR的成像处理。

发明内容

发明目的：本发明提供一种斜视聚束SAR的成像方法，提高斜视聚束SAR的图像质量。

技术方案：首先，基于原始斜视聚束SAR回波信号，采用非线性平移法进行多普勒中心校正预处理，消除斜视角对方位粗聚焦的影响，得到预处理回波信号。然后，依照斜视聚束SAR回波信号模型，构造方位粗聚焦参考信号，并对预处理回波信号进行方位粗聚焦处理，得到方位粗聚焦后的回波信号。最后，对方位粗聚焦后的回波信号进行精聚焦处理，得到SAR图像。

本发明的技术方案包括以下处理步骤：

第一步，预处理。

本步骤对输入的斜视聚束SAR回波信号进行多普勒中心校正预处理，目的是通过校正斜视聚束SAR回波信号中的多普勒中心方位折叠现象，消除斜视角对后续方位粗聚焦处理的影响。

具体实现步骤为：

步骤1)：设发射信号为线性调频信号，则接收到的斜视聚束SAR回波信号ss(τ，t_a)可表示为