[发明专利]机载太赫兹合成孔径雷达及成像方法

权利要求书

1.一种机载太赫兹合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1、将所述机载太赫兹合成孔径雷达的低频运动误差表达为方位时间的多项式函数，将所述机载太赫兹合成孔径雷达的高频振动误差表达为方位时间的正弦函数；

S2、对所述机载太赫兹合成孔径雷达的回波信号进行距离压缩和距离徙动校正；

S3、基于信杂比从对所述机载太赫兹合成孔径雷达的回波信号挑选特显点；

S4、获得所述特显点的截取数据序列；

S5、利用基于分数阶傅里叶变换的参数自聚焦方法对高频振动误差和二次运动误差的参数进行估计；

S6、利用估计的运动误差参数重构相位误差补偿函数，对距离压缩信号完成第一次补偿；

S7、再一次获得特显点的截取数据序列；

S8、利用相位梯度自聚焦算法估计残余相位误差；

S9、基于估计的残余相位误差对粗补偿后的距离压缩信号完成第二次补偿；

S10、对第二次补偿后的距离压缩信号进行方位压缩获得所述机载太赫兹合成孔径雷达的聚焦图像，

所述的步骤S1具体包含：

低频运动误差为方位时间t的多项式函数，其表达式为

其中，b_k为多项式系数，p为多项式的最高阶，这里n＝p,

高频振动误差为方位时间t的正弦函数，其表达式为

其中f_v为振动频率，A_v为振动幅值，为初始相位，

机载平台运动总误差可表示为:

所述的步骤S2具体包含：

通过匹配滤波对混合解调频后的回波信号进行距离压缩，然后在距离多普勒域通过插值完成距离徙动校正，最后再变换到二维时域获得距离压缩信号，如式(4)所示，

其中，τ为距离向时间，r₀为目标的最近斜距，t₀为波束中心穿过目标的时间，B为距离向信号带宽，c为光速，λ为波长，w_a(·)为方位向包络，R_ref(t)为目标的理想斜距，ΔR(t)为运动误差引入的斜距，

所述的步骤S3具体包含：

对每一距离门信号h(t)计算信杂比，信杂比表示为

其中c₁＝E[|h(t)|]，d＝E[|h(t)|²]，这里E[·]表示信号期望，

所述的步骤S4具体包含：

对所选特显点的距离门信号进行方位去斜、视频残差相位补偿和快速傅里叶变换，得到粗聚焦图像；

将特显点目标的最强响应循环移位到图像中心，并采用方位加窗法将同一距离门内其他点的能量去除；

通过逆FFT得到截取的数据序列，

所述的步骤S5具体包含：

(a)对特显点的截取数据序列进行滑动加窗，利用分数阶傅立叶变换估计每个加窗信号的调频率，整个截取数据序列进行滑动加窗后可得到其瞬时调频率；

(b)采用移动平均低通滤波器对估计的瞬时调频率进行滤波，获得滤波后的瞬时调频率n∈[-Q,Q]；

(c)特显点截取数据序列的瞬时调频率可表达为

k(n)＝sin(2πf_vnΔt)A₀+cos(2πf_vnΔt)B₀+C₀ (6)

其中，

通过求解式(8)所示的最优化问题来估计运动误差的参数：

其中

对估计的瞬时调频率利用频谱分析法可估计得到振动频率

利用最小二乘法可得

(d)参数可由式(11)计算得到：

所述的步骤S6具体包含：

根据估计的运动误差参数进行相位误差补偿函数的重构，如式(12)所示：

将式(12)与式(4)相乘完成回波信号的第一次补偿，

所述的步骤S7具体包含：

重复步骤S4对经过第一次补偿的信号再一次获得特显点的截取数据序列；所述的步骤S8具体包含：

利用最大似然核函数估计残余相位梯度，然后对其积分可获得残余相位误差φ_e(t)，

所述的步骤S9具体包含：

根据估计的残余相位误差φ_e(t)进行补偿函数的重构，如式(13)所示：

S_com2(t)＝exp{-j·φ_e(t)} (13)

将式(13)与粗补偿后的距离压缩信号进行相乘完成第二次补偿。