[发明专利]一种基于子图像相干合成的地基合成孔径雷达快速成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及地基合成孔径雷达(Ground Based Synthetic Aperture Radar，GB SAR)系统成像技术领域，具体涉及一种基于子图像相干合成的地基合成孔径雷达快速成像方法。

背景技术

形变监测是滑坡、地表沉降、地震、火山喷发、冰川崩裂等灾害监测的重要手段，通过实时的形变监测，及时发现由于自然因素或人为因素引发的区域形变，达到对灾害预警预报、减少经济损失和保障人民生命财产安全的目的。目前的区域形变监测技术主要分为两类：一类是包括倾斜仪、应变测量、GPS等在内的单点监测技术，该技术将单点的测量结果经过平差计算估计整个区域的形变；另一类是利用遥感手段实现的区域连续监测技术，这类技术不仅能获取监测目标的形变量，而且也可以得到其形变趋势和总体形变特征，地基合成孔径雷达(Ground Based Synthetic Aperture Radar，GB SAR)技术是此类形变监测技术的一个典型代表，其测量精度和安全性优于单点测量的形变监测技术。

GB SAR是一种安装在地面平台上的SAR系统，具有全天时、全天候、大范围、连续监测的优点。GB SAR通过天线在地面直线轨道上的运动形成方位合成孔径，得到高分辨SAR图像；通过天线多次沿轨道的往复运动获取观测区域的时间序列数据，利用差分干涉技术实现毫米级乃至亚毫米级精度的形变监测能力。为完成实时形变监测任务，提供及时可靠的预报预警信息，GB SAR对信号处理算法实时性要求很高，SAR成像单元作为主要耗时单元，必须在短时间内生成大区域、高精度、相位质量良好的SAR图像,为后续差分干涉测量提供支持。因此对GB SAR系统快速成像方法的研究十分必要。

现有的成熟SAR成像算法多建立于星载SAR、机载SAR几何条件下，目前针对地基SAR特殊几何构型的SAR成像算法研究还很少，因而现有地基SAR成像多沿用传统的BP算法或RMA算法，然而这两种算法尽管处理精度高，但是运算量十分巨大，当对大场景区域目标进行观测和成像时，上述算法难以保证实时处理需求；西班牙UPC大学的J.Fortuny-Guasch提出一种地基SAR快速伪极坐标成像算法,该方法避免了原极坐标格式算法(PFA)中的插值运算，使用K阶泰勒级数展开和二维快速傅里叶变换实现方位聚焦，从而降低了算法运算量。然而该算法仅适用于远场成像，对于近场工作的GB-SAR系统该方法不适用。总的来说，针对地基SAR特殊几何构型的高效高精度成像算法研究领域尚显空白。

在典型GB SAR系统参数和几何配置下，方位合成孔径很短(仅有数米长)，照射场景达数平方千米，同时场景方位扫描范围可达60°—120°。在这种几何关系下，方位分辨率随距离线性增加，因而相比于直角坐标系成像算法，基于极坐标系或伪极坐标系的成像算法更为合适；其次，与传统机载、星载SAR不同，GB SAR中不同方位角处目标回波具有不同多普勒中心，再加之GB SAR较大的方位扫描范围，场景回波多普勒中心变化很大，因而RD/CS等针对单一多普勒中心的快速成像处理算法在GB SAR应用背景下不适用；另外BP/RMA等高精度算法不能满足GB SAR系统实时性要求，因而不予以考虑。

因此需要一种能适应GB SAR信号模型特点和快速性需求的成像方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于子图像相干合成的地基合成孔径雷达快速成像方法，能够适应GB SAR空变的多普勒中心及方位分辨率随距离扩大等现象带来的问题，并且可以适应实时GB SAR系统对算法运算量的要求。

本发明的基于子图像相干合成的地基合成孔径雷达快速成像方法，包括如下步骤：

步骤1，将合成孔径L均分为N个子孔径，其中，N为正整数，子孔径长度L_s为满足下式的最大值：

L＝N·L_s