[发明专利]带有方位空变校正的机载大斜视高分辨SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)成像方法，具体是一种带有方位空变校正的机载大斜视高分辨SAR成像方法，用于机载大斜视高分辨SAR成像。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的问世，提高了传统雷达的两维分辨率，使得雷达获取的信息更加丰富。SAR具有二维光学成像传感器不具备的优点，它可以全天时、全天候工作，并且作用距离远且不受气象条件的限制。目前SAR已经被广泛应用于各个领域，比如卫星遥感，地形测绘，对敌侦查，灾情汇报等。随着数字处理技术的发展，越来越多的SAR成像算法被提出。目前SAR成像的发展主要有两个方向：高分辨率和大斜视角，因此需要针对高分辨率和大斜视角提出相应的算法。大斜视SAR具有自己特有的优点：(1)可以预先获取前方目标的信息，(2)有些目标的雷达散射截面积(RCS)与观测角有关，斜视更有利于获取目标信息，(3)可以对感兴趣区域进行重访。高分辨率SAR可以获得关于目标区域的更多的信息，增加目标信息的同时提高对小目标的分辨度，有利于目标的检测与识别。

大斜视SAR成像的难点在于信号的二维耦合更加严重，各种成像算法都是针对如何有效去除二维耦合提出的。针对大斜视SAR成像主要从两方面提高处理精度，一是斜距公式展开，二是距离徙动校正。目前的斜视SAR算法有RD(Range-Doppler,距离多普勒)类算法、CS(Chirp-Scaling,调频变标)类算法、NCS(Nonlinear Chirp-Scaling,非线性调频变标)类算法、子孔径类算法等。RD类算法是先进行距离压缩，然后利用二次距离压缩来消除二维耦合，接着进行距离徙动校正和方位向压缩。CS类算法先在时域去除走动，然后通过调频变标在频域去除弯曲，最后通过距离压缩和方位压缩将图像聚焦，但是没有考虑距离走动校正带来的方位聚焦深度的问题。NCS算法在处理大斜视SAR成像时具有一定的优势，方位向NCS算法可解除方位向聚焦深度的限制，本发明所提出的算法就是基于此类。子孔径类算法通过对孔径进行划分来扩大聚焦成像区域，但是该算法需要提高数据处理的重叠率来改善方位向成像效果，复杂度较高。针对大斜视条件下的高分辨率SAR成像，现有的成像方法一般是采用聚束模式来提高成像分辨率。目前介绍机载大斜视高分辨率SAR成像算法的文献较少。

由于在大斜视成像处理中，一般先进行距离走动校正，因此会带来方位向空变，一般都需要采用方位向分块处理的方式，而分块处理的复杂性与分块的步长成反比。类似的成像方法由于在二维频域展开时阶数不够高，方位空变校正只能满足方位向离参考中心较近的区域，当目标在方位向离参考中心较远时，聚焦性能明显下降，所以方位向分块处理的步长较小，因此成像处理的复杂性较大。

发明内容

本发明的目的是针对机载大斜视高分辨SAR成像中由于方位向分块步长较小带来的复杂性较高问题，提出一种聚焦性能更好，计算复杂度低的方位向分块步长更大的带有方位空变校正的机载大斜视高分辨SAR成像方法。

本发明是一种带有方位空变校正的机载大斜视高分辨SAR成像方法，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤一，将SAR回波信号在频域中进行距离走动校正：将SAR回波信号变换到距离频域，根据距离走动校正参考函数进行校正，得到距离走动校正后的信号；

步骤二，使用更高阶的补偿函数对高阶耦合相位以及二维剩余相位进行补偿：将距离走动校正后的信号变换到二维频域，使用无近似的二维频域表达式推导出高阶耦合相位补偿参考函数和二维剩余相位补偿参考函数，经过补偿得到去除高阶耦合相位和剩余高阶耦合项的信号；

步骤三，距离向调频变标处理：将去除高阶耦合相位和剩余高阶耦合项的信号变换到距离多普勒域，通过与线性距离变标函数进行相乘，得到消除补余距离弯曲的信号；

步骤四，距离压缩和一致弯曲校正：将消除补余距离弯曲的信号变换到二维频域，通过距离压缩和一致弯曲校正，得到距离压缩后和距离弯曲校正后的信号；

步骤五，方位向更高阶次的相位补偿、方位向剩余相位补偿和方位向频域相位滤波：将距离压缩后和距离弯曲校正后的信号变换到距离时域方维频域，通过方位向更高阶次相位补偿参考函数和方位向剩余相位补偿参考函数，消除掉方位向四阶相位项、方位向五阶相位项、方位向三阶非空变项和方位向剩余相位，再与方位向频域滤波参考函数相乘，得到去除高阶方位相位项和方位向频域滤波后的信号；