[发明专利]一种SAR成像方法及系统

说明书

本发明公开了一种SAR成像方法及系统。该方法包括：接收上位机发送的合成孔径雷达回波数据和雷达参数数据；计算成像所需的雷达参数；采用极坐标格式算法对合成孔径雷达回波数据进行重采样；对重采样后的数据进行两维快速傅里叶变换，得到合成孔径雷达初始图像；利用相位梯度自聚焦算法，对合成孔径雷达初始图像进行相位误差估计，得到一维方位相位误差；采用SINC插值算法对一维方位相位误差进行插值，得到两维相位误差；将重采样后的数据与两维相位误差做复乘运算，得到补偿后的合成孔径雷达数据；对补偿后的合成孔径雷达数据进行两维快速傅里叶逆变换，得到合成孔径雷达图像。本发明能够实现SAR快速实时成像，提高了运算效率和成像精确度。

技术领域

本发明涉及雷达成像技术领域，特别是涉及一种SAR成像方法及系统。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)利用单个天线阵元的移动，将获取的回波信号相关合成处理后形成完整阵列，运用信号处理技术对场景目标进行高分辨的成像。不同于传统光学成像和红外遥感，在复杂气象条件以及非常时间段，SAR能够不受影响正常工作，并且具有高分辨、大幅宽等特点。SAR最初主要应用于机载、星载、弹载平台，随着小型无人飞行器的发展，在其上搭载微型SAR成像系统逐渐成为研究热点。

SAR成像算法复杂，数据处理量大，为满足实时数字信号处理的要求，采用硬件进行成像处理。硬件实现主要手段有数字信号处理器(DSP)、现场可编辑门阵列(FPGA)和图形处理单元(GPU)。DSP适合处理浮点数据，但由于其数据吞吐量小，不能满足SAR的实时化处理。GPU采用多核心并行处理的方式，能够快速处理大量数据，但其单位功耗巨大，不能在SAR系统中广泛应用。FPGA内部集成了丰富的硬件资源，具有可重构、研制成本低、并行处理等优点，满足微型SAR成像系统对实时性、功耗、体积等方面的要求。

目前，应用于微型SAR实时成像系统的算法主要有距离多普勒算法、ChirpScaling算法、极坐标格式算法、PFA算法等。距离多普勒算法、Chirp Scaling算法、极坐标格式算法不易在硬件上实现，实时性较差；传统的PFA算法通过两维插值和两维FFT实现两维数据重采样，容易在硬件上实现，但两维插值计算量巨大，片上资源利用率不高，计算处理时间较长，不能系统满足实时性的要求，并且算法计算精度不高，再有，由于微型SAR平台在实际飞行活动中会受到气流扰动等外部因素的影响，飞行轨迹与理想航迹有误差，导致PFA成像结果产生失真以及散焦，也会影响最终成像效果。

综上所述，现有的SAR成像方法存在运算效率低、实时性差、成像精确度不高的缺陷。

发明内容

基于此，有必要提供一种SAR成像方法及系统，能够实现SAR快速实时成像，提高了运算效率和成像精确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种SAR成像方法，包括：

接收上位机发送的合成孔径雷达回波数据和雷达参数数据；所述合成孔径雷达回波数据存储在FPGA芯片内置的DDR3存储器中；所述雷达参数数据存储在所述FPGA芯片内置的REG寄存器中；

读取所述雷达参数数据，计算成像所需的雷达参数，并将所述成像所需的雷达参数存储在RAM存储器中；

读取所述成像所需的雷达参数，采用极坐标格式算法对所述合成孔径雷达回波数据进行重采样，并对重采样后得到的合成孔径方位向变换数据进行两维快速傅里叶变换，得到合成孔径雷达初始图像；

利用相位梯度自聚焦算法，对所述合成孔径雷达初始图像进行相位误差估计，得到一维方位相位误差；

采用SINC插值算法对所述一维方位相位误差进行插值，得到两维相位误差；

将所述合成孔径方位向变换数据与所述两维相位误差做复乘运算，得到补偿后的合成孔径雷达数据；