[发明专利]基于高超声速平台SAR的对比度最优自聚焦方法

摘要

本发明公开了一种基于高超声速平台SAR的对比度最优自聚焦方法，主要解决现有技术依赖初始闭区间划分和收敛速度慢的问题，其实现步骤是：1)雷达向地面发射线性调频脉冲信号；2)天线接收雷达回波信号，并对该回波信号进行距离向脉冲压缩；3)从距离向脉冲压缩后的回波信号中，选取信号强度最大的M个距离单元，并对选取的距离单元进行多普勒调频率估计；4)根据多普勒调频率最优估计值计算回波信号各距离单元的多普勒调频率；5)根据多普勒调频率构造参考函数对距离向脉压后的回波信号进行方位向脉冲压缩处理，得到最终的SAR成像结果。本发明具有收敛速度快且不依赖初始闭区间划分的优点，可用于高超声速平台SAR成像的运动补偿。

主权项

1.一种基于高超声速平台SAR的对比度最优自聚焦方法，包括如下步骤：1)雷达从高超声速平台向地面发射线性调频脉冲信号；2)通过天线接收雷达回波信号，并对该回波信号进行距离向脉冲压缩；3)从距离向脉冲压缩后的回波信号中，选取信号强度最大的M个距离单元，M取值为10；4)对选取的M个距离单元进行多普勒调频率估计：(4a)令m为距离单元序号，m＝1，2，...M，其初始值为1；(4b)根据测量仪器测得的平台飞行速度对多普勒调频率进行粗估计，并根据多普勒调频率的粗估计值设定初始闭区间[a_0，m，b_0，m]，a_0，m≤b_0，m，同时选取两个多普勒调频率初始试探值{λ_0，m，μ_0，m}∈[a_0，m，b_0，m]，满足：其中，τ＝0.618表示黄金分割比例，λ_0，m为左试探值，μ_0，m为右试探值，a_0，m为闭区间的左边界值，b_0，m为闭区间的右边界值，m为距离单元序号；(4c)计算两个多普勒调频率初始试探值{λ_0，m，μ_0，m}对应的图像对比度：(4c1)根据多普勒调频率试探值对选取的距离单元进行方位向去斜处理，得到一维方位向图像；(4c2)计算一维方位向图像的图像对比度C(m，x)：其中，x为多普勒调频率试探值或闭区间的边界值，x∈{λ_k，m，μ_k，m，a_k，m，b_k，m}，λ_k，m为左试探值，μ_k，m为右试探值，a_k，m为闭区间的左边界值，b_k，m为闭区间的右边界值，k＝0，1，2，...表示迭代次数标量，其初始值为0，E(·)为均值运算，I²(m，x)为一维方位 向图像的图像强度，m为距离单元序号；(4d)比较左试探值λ_k，m和右试探值μ_k，m对应的一维方位向图像的图像对比度C(m，λ_k，m)和C(m，μ_k，m)的大小，并通过如下变步长方法确定搜索区间：(4d1)若C(m，λ_k，m)＞C(m，μ_k，m)，根据左边界值a_k，m对选取的距离单元进行方位向去斜处理，得到一维方位向图像，并按式(4c-1)计算左边界值a_k，m对应的一维方位向图像的图像对比度C(m，a_k，m)，若满足C(m，λ_k，m)＞{C(m，μ_k，m)，C(m，a_k，m)}，则更新k＝k+1，a_k，m＝a_k-1，m，b_k，m＝μ_k-1，m，确定搜索区间为[a_k，m，b_k，m]；反之，则向左进行迭代搜索：令k＝k+1，μ_k，m＝λ_k-1，m，λ_k，m＝a_k-1，m，C(m，μ_k，m)＝C(m，λ_k-1，m)，C(m，λ_k，m)＝C(m，a_k-1，m)，更新左边界值a_k，m＝(τλ_k，m+(τ-1)μ_k，m)/(2τ-1)，根据左边界值a_k，m对选取的距离单元进行方位向去斜处理，得到一维方位向图像，并按式(4c-1)计算该一维方位向图像的图像对比度C(m，a_k，m)，重复迭代直到满足C(m，λ_k，m)＞{C(m，μ_k，m)，C(m，a_k，m)}时，令k＝k+1，a_k，m＝a_k-1，m，b_k，m＝μ_k-1，m，并确定搜索区间为[a_k，m，b_k，m]；(4d2)若C(m，λ_k，m)≤C(m，μ_k，m)，根据右边界值b_k，m对选取的距离单元进行方位向去斜处理，得到一维方位向图像，并按式(4c-1)计算右边界值b_k，m对应的一维方位向图像的图像对比度C(m，b_k，m)，若满足C(m，μ_k，m)＞{C(m，λ_k，m)，C(m，b_k，m)}，则更新k＝k+1，a_k，m＝λ_k-1，m，b_k，m＝b_k-1，m，最终确定搜索区间为[a_k，m，b_k，m]；反之，向右进行迭代搜索：令k＝k+1，λ_k，m＝μ_k-1，m，μ_k，m＝b_k-1，m，C(m，λ_k，m)＝C(m，μ_k-1，m)，C(m，μ_k，m)＝C(m，b_k-1，m)，更新右边界值b_k，m＝(τμ_k，m+(τ-1)λ_k，m)/(2τ-1)，根据右边界值b_k，m对选取的距离单元进行方位向去斜处理，得到一维方位向图像，并按式(4c-1)计算该一维方位向图像的图像对比度C(m，b_k，m)，重复迭代直达满足C(m，μ_k，m)＞{C(m，λ_k，m)，C(m，b_k，m)}时，令k＝k+1，a_k，m＝λ_k-1，m，b_k，m＝b_k-1，m，并确定 搜索区间为[a_k，m，b_k，m]；(4e)采用黄金分割法对搜索区间[a_k，m，b_k，m]进行迭代收敛，算得多普勒调频率最优估计值其中，λ_k0，m为迭代收敛结束时的左探测值，μ_k0，m为迭代收敛结束时的右探测值，k0表示迭代收敛结束时的迭代次数标量值，m为距离单元序号；(4f)若m＝M，输出M个距离单元的多普勒调频率最优估计值反之，令m＝m+1，并返回步骤(4b)；5)根据选取的M个距离单元的多普勒调频率最优估计值计算回波信号各距离单元对应的多普勒调频率f_dr(t_s)，其中，t_s为慢时间；6)根据算得的回波信号各距离单元对应的多普勒调频率f_dr(t_s)构造方位向脉压的参考函数s_a(t_s)：并用该参考函数对距离脉压后的回波信号进行方位向脉冲压缩处理，获得最终的SAR成像结果，其中，t_s为慢时间，a_a(*)为方位窗函数，exp表示以自然对数e为底的指数函数，j为复数虚部符号。