[发明专利]一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法

权利要求书

1.一种用于多通道高分宽幅SAR的多级分辨快速成像方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1、初始化高分宽幅SAR多级分辨成像所需要的多通道SAR系统参数：

初始化高分宽幅SAR多级分辨成像所需要的多通道SAR系统参数，包括：多通道SAR的观测空间为地面三维坐标系，记为X-Y-Z，其中X表示水平面横轴，Y表示水平面纵轴，Z表示水平垂直轴；雷达发射信号的带宽记为B，雷达发射信号脉冲宽度记为T，雷达发射信号调频斜率记为K_r，雷达接收系统的采样频率记为f_s；多通道SAR成像系统沿着Y轴平行方向进行匀速直线运动，平台速度矢量记为平台飞行高度记为h；多通道SAR的通道数目记为N，记第一个发射信号的通道为T_x，它同时也是接收回波的第一个通道R_x1；其余的通道仅仅接收回波，依次记为R_x2,R_x3,...,R_xN；雷达中心频率记为f_c，雷达系统发射信号的脉冲重复频率记为PRF，发射信号脉冲重复时间记为PRI；记每个通道之间的距离为d；记满足均匀时间采样的第n通道在第k次脉冲重复周期的采样时间为其中，k代表脉冲重复周期，取值k＝1,2,...,K，n代表通道，取值1,2,...,N；记回波为S_r(τ(t,m),t)，距离向压缩后回波为s_r(τ(t,m),t)，其中t为方位向慢时间，τ为在方位向慢时间t时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，m是图像域的第m个像素；则回波的均匀时间采样可以表示为s_r(τ(t_k,n,m),t_k,n)，其中，t_k,n为方位向慢时间，τ(t_k,n,m)为在方位向慢时间t_k,n时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间；

步骤2、初始化高分宽幅SAR多级分辨成像的观测场景目标空间参数：

初始化高分宽幅SAR多级分辨成像的场景空间参数，包括：场景中心斜距记为r_o、雷达系统的最远观测距离记为r_max、雷达系统观测目标区域的距离向宽度记为△r、距离向像素数记为N_r、方位向像素数量记为N_a、总网格数记为M、距离向网格分辨率记为dr、方位向网格分辨率记为da；

步骤3、初始化恒虚警检测参数：

初始化虚警概率记为P_fa，保护单元列数记为N_gc，保护单元行数记为N_gr，背景杂波列数记为N_tc，背景杂波行数记为N_tr；

步骤4、生成接收的回波数据和参考信号：

采用公式计算得到参考信号，记为S_ref(t)，其中t为方位向慢时间，τ₀＝2r₀/c，r₀为场景中心斜距，c为光速，T'＝2r_max/c，r_max为雷达系统的最大观测距离，T为雷达发射信号脉冲宽度，f_c为雷达中心频率，K_r为雷达发射信号调频斜率，rect[·]为矩阵窗函数；

采用传统合成孔径雷达原始回波仿真方法生成多通道SAR的原始回波数据，记作S_r(τ(t,m),t)，即步骤1中的回波，其中t为方位向慢时间，τ为在方位向慢时间t时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，m是图像域的第m个像素；

步骤5、进行距离向去斜处理得到小带宽回波：

对于步骤4中得到的原始回波信号S_r(τ(t,m),t)与参考信号S_ref(t)，采用公式计算得到去斜后的小带宽回波，记为S_o(t)，其中t为方位向慢时间，τ为在方位向慢时间t时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，m是图像域的第m个像素，为参考信号S_ref(t)的共轭；

采用公式计算得到去斜后回波窄带带宽，记为B'，其中K_r为雷达系统发射调制斜率，△r为雷达系统观测目标区域的距离向宽度，c为光速；

步骤6、方位向子孔径BP成像

对于步骤5中得到的窄带带宽B'，采用公式计算得到距离向去斜后低分辨数据的分辨率，记为ρ'，其中c为光速；

采用公式计算得到距离向去斜前高分辨数据的分辨率，记为ρ，其中c为光速，B为雷达发射信号的带宽；

采用公式p＝ρ'/ρ，计算得到子孔径成像分辨率相对于全孔径成像分辨率的采样倍数，记为p；

采用公式计算得到低分辨BP成像的距离向像素数，记为N_r'；

采用公式计算得到低分辨BP成像的方位向像素数量，记为N_a'；

采用公式计算得到低分辨BP成像的总网格数量，记为M'；

采用公式dr'＝p·dr计算得到低分辨BP成像的距离向网格分辨率，记为dr'；

采用公式da'＝p·da计算得到低分辨BP成像的方位向网格分辨率，记为da'，其中N_r为步骤2中的距离向像素数、N_a为步骤2中的方位向像素数量、M为步骤2中的总网格数、dr为步骤2中的距离向网格分辨率、da为步骤2中的方位向网格分辨率；

对于步骤5中得到的去斜后回波S_o(t)，采用公式计算得到子孔径回波，记为S_o(t')，其中t'为方位向慢时间，t为方位向慢时间，K为方位向回波的采样周期总数；

采用标准合成孔径雷达回波数据距离向脉冲压缩方法对子孔径回波数据S_o(t')进行距离向脉冲压缩，得到距离向压缩后的多通道SAR回波数据，记作s_o(τ(t',m),t')，其中t'为方位向慢时间，τ为在方位向慢时间t'时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，m是图像域的第m个像素；

采用公式计算得到第m个散射点在通道n中的子图像，记作I_n(m)，其中f_c是发射信号中心频率，m是图像域的第m个像素，m取值为M为步骤2所声明的总网格数，s_o(τ(t'_k,n,m),t'_k,n)是步骤1中声明的回波的均匀时间采样，τ(t'_k,n,m)为在方位向慢时间t'_k,n时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，是方位向上的第n个通道在第k次脉冲重复周期的采样时间点，T_r为脉冲重复时间，K为方位向回波的采样周期总数；

采用公式计算得到第m个散射点的BP成像结果，记作I(m)，其中m是图像域的第m个像素，得到低分辨成像图像I；

步骤7、计算低分辨率图像的目标区域

采用公式计算得到门限因子，记为α，其中P_fa为步骤3中的虚警概率；

记待检测单元为I(x₀,y₀)，其中x₀表示图像对应矩阵的行数，y₀表示图像对应矩阵的列数，采用公式计算得到左侧背景杂波均值为X，采用公式计算得到右侧背景杂波均值为Y，其中x表示图像对应矩阵的行数，y表示图像对应矩阵的列数，N_gc为步骤3中的保护单元列数，N_gr为步骤3中的保护单元行数，N_tc为步骤3中的背景杂波列数，N_tr为步骤3中的背景杂波行数；

采用公式Z＝max(X,Y)，计算得到背景杂波均值为Z；

采用公式T＝αZ计算得到检测门限为T；

对步骤6中得到的低分辨率图像I进行目标区域提取，若I(x₀,y₀)T，则认为图像I(x₀,y₀)处存在目标，得到多个目标区域的中心位置{c₁,…,c_q,…,c_Q}、距离向宽度{rl₁,…,rl_q,…,rl_Q}和方位向宽度{al₁,…,al_q,…,al_Q}，其中q为提取出的第q个目标，q取值为1,2,...,Q；

步骤8、目标区域的全孔径数据BP成像

采用公式计算得到高分辨BP成像的距离向像素数为NR，采用公式计算得到高分辨BP成像的方位向像素数为NA，其中N_r为步骤2中的距离向像素数、N_a为步骤2中的方位向像素数量、M为步骤2的总网格数、dr为步骤2中的距离向网格分辨率、da为步骤2中的方位向网格分辨率、rl_q为步骤7得到的第q个目标区域距离向宽度、al_q为步骤7得到的第q个目标区域方位向宽度；

采用标准合成孔径雷达回波数据距离向脉冲压缩方法对对步骤4中得到的原始回波数据S_r(τ(t,m),t)进行距离向脉冲压缩，得到距离向压缩后的多通道SAR回波数据，记作s_r(τ(t,m),t)，即步骤1中的距离向压缩后的回波，其中t为方位向慢时间，τ为在方位向慢时间t时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，m是图像域的第m个像素；

采用公式计算得到第m个散射点在通道n中的子图像，记为其中f_c是发射信号中心频率，m是图像域的第m个像素，m取值为s_r(τ(t_k,n,m),t_k,n)是步骤1中声明的回波的均匀时间采样，τ(t_k,n,m)为在方位向慢时间t_k,n时的从EPC到第m个像素的回波的双程延迟的距离向快时间，是方位向上的第n个通道在第k次脉冲重复周期的采样时间点，T_r为脉冲重复时间，K为方位向回波的采样周期总数；

采用公式计算得到第m个散射点的BP成像结果，记为I^q(m)，得到第q个目标区域的高分辨图像I^q；

至此，整个方法结束。