[发明专利]机载下视阵列3-D SAR成像的方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达成像和信号处理技术领域，特别是一种机载下视阵列3-D SAR成像的方法。 

背景技术

机载下视阵列3-D SAR对机底区域进行观测，能够克服常规侧视SAR中存在的叠掩、阴影等问题，并且能够获得观测区域场景的三维散射信息，在民用和军用方面都有巨大的应用潜力。考虑到机载下视阵列3-D SAR目标到天线的作用距离较远，满足远场近似条件，在进行回波信号表征时，可以忽略距离历程泰勒展开式中的高次项且不引起较大相位误差。目前机载下视阵列3-D SAR成像方法主要有三类： 

第一类，先用常规的RD、CS、ω-k算法实现波传播方向和航迹向处理，再在跨航向借助于波束形成、SPECAN、压缩感知等方法进行处理； 

第二类，三维波数域成像方法，该方法能够完全补偿波前弯曲带来的距离徙动，但是该类方法要求回波采集时综合孔径长度不小于成像区域以防止FFT出现卷绕，在机载下视阵列3-D SAR中，跨航向阵列天线长度一般为几米，而跨航向幅宽为几百米到几千米，因此需要对回波数据进行大量补零，补零会带来内存需求和计算量的激增，限制了该算法在机载下视阵列3-D SAR中的应用； 

第三类，三维后向投影方法，该方法能够对观测区域场景划分立体网格，并对每一个网格单元沿航迹向和跨航向进行二维相干累积，该方法成像精度有保证。由于是对三维场景进行二维相干累积，使得该方法的计算量极大，获取三维场景图像的耗时太大。 

然而，在实现本发明的过程中，申请人发现上述的机载下视阵列3-DSAR成像方法均存在计算量大，重建速度慢的缺陷。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种机载下视阵列3-DSAR成像的方法，以降低机载下视阵列3-D SAR成像处理的计算量，提高重建速度。 

(二)技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种机载下视阵列3-D SAR成像的方法。该方法包括：步骤A，对航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域的三维回波信号进行波传播向FFT变换、波传播向频域匹配滤波及距离历程夫琅和费近似处理，得到航迹向空域、跨航向空域、波传播向频域三维信号S(x_m，y_n，f_k)，其中f_k表示波传播方向基带频率；步骤B：对距离历程夫琅和费近似后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向频域三维信号S(x_m，y_n，f_k)，通过插值方式沿航迹向、跨航向重采样得到S(x′_m，y′_n，f_k)；步骤C：对沿航迹向和跨航向重采样后的信号S(x′_m，y′_n，f_k)沿波传播方向进行FFT变换，沿航迹向和跨航向进行IFFT变换，得到观测场景区域三维极坐标重建结果σ(α，β，γ)；以及步骤D：对观测场景区域三维极坐标重建结果σ(α，β，γ)进行极坐标到直角坐标的三维转换，得到观测场景区域三维直角坐标重建结果σ(x，y，z)。 

(三)有益效果 

从上述技术方案可以看出，本发明机载下视阵列3-D SAR成像的方法具有以下有益效果： 

(1)成像处理过程中只涉及到FFT/IFFT、插值、复数矩阵相乘操作，计算量较低，能够使得算法能够重建速度有很好的保证，其中，匹配滤波时将频域回波信号与匹配滤波器相乘，涉及复数矩阵相乘运算； 

(2)机载下视阵列3-D SAR对机底区域进行观测时满足远场观测条件，可以对距离历程采样夫琅和费近似，既能保证重建精度又能简化算法复杂度。 

附图说明

图1为机载下视阵列3-D SAR成像几何模型和几何参数表征； 

图2为本发明实施例机载下视阵列3-D SAR成像的方法的流程图； 

图3为仿真用到的点目标场景三维目标分布和目标坐标情况； 

图4为点目标仿真极坐标三维重建结果，其中： 

图4A为点目标仿真极坐标三维重建结果； 

图4B为点目标仿真极坐标三维重建结果在βγ平面投影； 

图4C为点目标仿真极坐标三维重建结果在βα平面投影； 

图4D为点目标仿真极坐标三维重建结果在γα平面投影；。 

图5为点目标仿真直角坐标三维重建结果，其中：