[发明专利]一种长波长星载SAR成像方法

说明书

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种长波长星载SAR成像方法，包括：获取成像参数和回波数据；对获取的回波数据进行距离向傅里叶变换；利用等效斜距模型对距离向傅里叶变换后的回波数据进行方位向傅里叶变换，将回波数据变换到二维频域；将变换到二维频域的回波数据与二维相位补偿因子相乘，实现粗聚焦；对二维相位补偿后的回波数据进行距离向傅里叶逆变换；利用高阶斜距模型对距离向傅里叶逆变换后的回波数据进行二次聚焦处理；对进行二次聚焦处理后的回波数据进行方位向傅里叶逆变换，得到最终成像信号。该方法可以精确补偿长波长星载SAR信号严重的空变特性，能够实现全场景内的精确聚焦处理，精度高、效率高且实用性强。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种长波长星载SAR成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种全高分辨率、宽覆盖率的雷达，如何获得高质量、高分辨率图像是SAR成像追求的目标。目前，高分辨率SAR图像已广泛应用到资源勘探、环境保护、灾情检测、水文地质以及制导导航、航空测量、海洋遥感等领域。其中，当采用长波长SAR，如信号在P波段甚至是VHF波段的SAR时，SAR信号呈现出非常强的穿透能力，可以穿透地表植被，甚至是土壤。因此，长波长星载SAR无论是在森林生物量调查、大规模灾害监测、冰层结构探测、干旱地区含水量普查中，还是在反伪装侦察、探测地下埋藏物(例如地雷)等方面都有非常重要的应用。

现有技术中的高分辨率SAR成像方法主要有六大类：二维时域处理方法、方位时域距离频域处理方法、距离多普勒域处理方法、多变换频域处理方法、二维频域处理方法、极坐标域处理方法。二维时域处理方法以后向投影方法为例。后向投影方法(BackProjection，BP)是一种基于时域处理的精确的成像方法，适用于各种模式回波信号的处理。方位时域距离频域处理方法以频谱分析方法为例。频谱分析方法(SPECAN)在处理方位数据量大的时候，效率较高。距离多普勒域处理方法以距离多普勒方法为例。距离多普勒方法(Range Doppler，RD)处理过程可视为回波接收的逆过程，利用同一距离门内回波信号具有相同的频谱特性，在距离多普勒域内完成距离徙动校正处理、二次距离脉冲压缩及方位向相位补偿处理，实现回波信号的聚焦处理。多变换频域处理方法以线性变标方法为例。线性变标方法(Chirp Scaling，CS)通过与复信号相乘处理完成距离向的插值，进而实现距离徙动校正处理，过程无需插值。二维频域处理方法以ωk方法为例。ωk方法在二维维频域进行stolt插值，从而解除方位、距离的耦合，具备处理高分辨率回波数据的能力。极坐标域方法以极坐标格式方法为例。极坐标格式方法(Polar Format，PF)是一种典型的聚束SAR成像方法，采用极坐标格式存取数据，可以有效减少系统所需空间，自聚焦兼容性好。

对于长波长星载SAR，由于其信号工作波长与常规SAR不同，在进行精细成像时，现有技术中的SAR成像方法存在以下问题：(1)随着空间分辨率的不断提升，传统的距离模型引入的近似误差不断加大，远远大于雷达系统发射信号工作波长，将导致成像结果出现明显的散焦现象。故基于传统距离模型的ωk方法不适用于长波长SAR高分辨率成像；(2)部分成像方法，例如CS方法和SPECAN方法在推导时存在一定的近似处理，而PF方法在去调频过程中会引入残余相位，若将这些方法应用于长波长星载SAR成像处理中，斜视角的增加将引起严重的空变现象；(3)部分传统方法，例如BP方法和RD方法复杂的插值计算需要消耗大量的计算资源，尤其是在大斜视高分辨率模式下，回波信号数据量的增加将导致成像方法无法实现。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分问题，提供一种针对长波长星载SAR的高分辨率成像方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种长波长星载SAR成像方法，包括如下步骤：

S101、获取成像参数和回波数据；

S102、对获取的回波数据进行距离向傅里叶变换；