[发明专利]一种面向星载地理参考条带SAR的WNLCS成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)技术领域，具体是说，是指一种适用于星载地理参考条带SAR的宽幅非线性调频变标(Wide Nonlinear Chirp Scaling，简称WNLCS)成像处理方法。

背景技术

星载SAR是一种全天候、全天时的微波成像工具，适用于复杂气象条件下的地表监测。传统的星载SAR通常工作于近极地轨道，以便使卫星具有对高纬度地区的观测能力。由于传统的星载SAR不具备连续的距离向波束扫描能力，它们的地表波束覆盖区域均近似沿“南-北”方向扩展。然而对于特定的地表观测应用，如地震断层带监测，目标观测区域的走向与“南-北”方向间可能存在较大的夹角。此时仍采用近似沿“南-北”走向的波束覆盖区域将导致观测效率的降低。这是由于为确保数据获取的完整性，实际的地表波束覆盖区域需至少外接于目标观测区域，这必然会导致必需的波束覆盖区域宽度的增加，数据冗余量的升高和数据处理效率的下降。在极端条件下，星载条带SAR波束覆盖区域的宽度可能小于必需的波束覆盖区域的宽度，此时仅利用单轨观测是无法完成数据采集的。多轨重复观测是一个解决途径，但这会导致数据获取周期的大幅延长；时分的扫描模式是另一个解决途径，但这会导致方位向积累角度的缩小和方位观测分辨率的下降。因此，上述两种解决途径均不理想。

星载地理参考条带SAR可以很好地解决上述数据获取问题。它通过调整波束进行连续的距离向扫描对目标区域进行主动追踪，从而生成与目标观测区域走向一致的波束覆盖条带。该模式至少贡献了三方面的益处：更少的总数据量、更短的数据获取周期和更高的方位向分辨率。但与此同时，该模式将给回波成像处理带来两方面的困难。首先，星载地理参考条带SAR的大斜视数据获取构型会使回波信号具有严重的二维耦合特性；其次，星载地理参考条带SAR的距离向连续波束扫描会使回波信号具有强烈的空变特性。目前，仍没有任何一种成像处理方法可对星载地理参考条带SAR的回波数据实现高效、准确的成像处理。

发明内容

本发明针对星载地理参考条带SAR回波信号耦合严重、空变性强的特点，提出了一种适用于该模式的高效、准确的WNLCS成像处理方法。WNLCS算法由以下六个主要步骤构成：

步骤一、距离向二次相位补偿。

步骤二、非线性一致距离徙动矫正与距离向信号压缩。

步骤三、基于时域插值的残余距离徙动矫正。

步骤四、方位向频率扰动处理。

步骤五、方位向二次相位补偿与方位向信号压缩。

步骤六、聚焦图像几何矫正。

本发明的优点在于：

(1)提出了一种非线性的一致距离徙动矫正的新方法，该方法可批量矫正沿地表波束轨迹分布的目标的距离徙动；

(2)提出了一种基于时域插值的残余距离徙动矫正的新方法，该方法可批量矫正场景内所有目标的残余距离徙动；

(3)提出了一种修正的方位向频率扰动的新方法，该方法可消除多普勒调频率的方位依赖性，便于进行后续的方位向信号聚焦处理。

附图说明

图1是本发明中WNLCS方法成像处理步骤的示意图；

图2是本发明中信号获取所采用的星载地理参考条带SAR模式示意图；

图3是本发明中WNLCS方法进行距离徙动矫正的效果示意图；

图4是本发明中WNLCS方法进行方位向频率扰动的效果示意图；

图5是本发明中WNLCS方法信号处理的流程图；

图6是本发明实施例中仿真目标的分布图；

图7是本发明实施例中残余距离徙动矫正效果图；

图8是本发明实施例中聚焦图像几何矫正效果图；

图9是本发明实施例中场景边缘目标及场景中心目标的剖面图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种适用于星载地理参考条带SAR的WNLCS成像处理方法。该方法由六个处理步骤组成，如图1所示。

步骤一、距离向二次相位补偿。具体为：