[发明专利]星载超高分辨率滑动聚束SAR成像方法

摘要

本发明提出一种星载超高分辨率滑动聚束SAR成像方法。技术方案是：首先，将星载滑动聚束SAR一次观测获得的全孔径数据划分为若干子孔径，在每个子孔径分别建立该子孔径下的局部线性孔径距离历程模型；然后，对每段子孔径数据进行子孔径聚焦处理，同时补偿由于分段线性孔径距离历程带来的聚焦位置和相位不一致；最后，将各子孔径数据合成为全孔径数据，通过非线性调频解旋转，解决方位向大测绘带宽带来的方位向移变问题，最后实现成像。本发明相对于已有的方法，没有增加过多的计算量，保持了计算的高效率。

主权项

1.一种星载超高分辨率滑动聚束SAR成像方法，其特征在于，包括下述步骤：已知星载滑动聚束SAR发射信号的参数是：中心频率f₀，带宽B_r，调频率K_r，波长λ，脉冲重复频率PRF，波束多普勒带宽B_a,inst；已知星载滑动聚束SAR在某次观测过程中的参数是：总观测时间长度T_obs，总观测时间中心时刻t_a,ref，测绘带中心地距r_mid，平均卫星等效速度，卫星等效速度的平方值随时间变化率ν，滑动聚束SAR旋转中心斜距r_rot0，变标距离r_scl0；在上述观测过程中，星载滑动聚束SAR观测目标获得回波数据s₀(t,τ)，其中t表示慢时间，τ表示快时间；以s₀(t,τ)为作为成像的数据，对于观测范围内的任意地距值r，采用以下步骤完成该地距上方位向观测范围内目标的成像聚焦：第一步：子孔径二维频域数据获取：首先，利用下式计算子孔径处理带宽B_a,proc：Ba,proc=f0+Br/2f0Ba,inst]]>将回波数据s₀(t,τ)在慢时间t均匀划分为N_ap个子孔径，得到N_ap个子孔径回波数据s_0,i(t,τ)，i=0,1,...,N_ap-1；N_ap的值按照下式计算：Krot0=-2(Vemid)2λrrot0]]>Nap=floor(Tobs·|Krot0|PRF-Ba,proc)]]>上式中floor()表示向小取整函数；对各子孔径回波数据分别进行二维傅里叶变换得到各子孔径二维频域数据S_0,i(f_a,f_τ)，i=0,1,...,N_ap-1，其中f_a为慢时间频率，f_τ为快时间频率；对地距r处的目标，在全孔径上计算星载滑动聚束SAR与目标的距离等效模型参数：全孔径下全局等效速度V_e、全局零多普勒距离r₀和全局零多普勒时间t₀；然后对每个子孔径i=0,1,...,N_ap-1，在每个子孔径上计算地距r处目标的子孔径距离等效模型参数：子孔径下局部等效速度V_e,i、局部零多普勒距离r_0,i和局部零多普勒时间t_0,i；对测绘带中心地距r_mid，计算测绘带中心地距r_mid上的子孔径下局部等效速度局部零多普勒距离和局部零多普勒时间第二步，子孔径聚焦与规格化处理：首先，将各子孔径二维频域数据S_0,i(f_a,f_τ)分别与H_1,i(f_a,f_τ)相乘得到数据S_1,i(f_a,f_τ)；H_1,i(f_a,f_τ)按照下式计算：H1,i(fa,fτ)=exp{-jψa,hi-ord(fa,fτ;Ve,imid,r0,imid)}exp{jπfτ2Kr},]]>i＝0，1，...，N_ap-1其中按照以下公式计算：ψa,hi-ord(fa,fτ;Ve,imid,r0,imid)=-4πr0,imid(f0+fτ)c1-c2fa2[2Ve,imid(f0+fτ)]2]]>+4πr0,imidλ[1-(λfa2Ve,imid)2+fτf01-(λfa2Ve,imid)2],]]>i=0,1,...，N_ap-1上式中c表示光速；然后，再将S_1,i(f_a,f_τ)沿快时间频率f_τ做逆傅里叶变换得到S_2,i(f_a,τ)；通过sinc插值法完成下式所示的数据变换，计算S_3,i(f_a,τ)：S3,i(fa,τ)=S2,i(fa,τ+2c(r0,i/1-(πfa2Ve,i)2-r0)),]]>i=0,1,...，N_ap-1将各子孔径数据S_3,i(f_a,τ)与H_2,i(f_a;r₀)相乘得到S_4,i(f_a,τ)；H_2,i(f_a;r₀)按照下式计算：H2(fa;r0)=exp{-j4πλr0}exp{j4πλr0,i1-(λfa2Ve,i)2},]]>i=0,1,...，N_ap-1·exp{j2πfa(t0,i-t0)}exp{-jπfa2Kscl(r0)}]]>其中K_scl(r₀)按照下式计算：Kscl(r0)=Kscl0-Krot0Ka(r0)-Krot0·Ka(r0)]]>上式中Kscl0=-2(Vemid)2λrscl0,]]>Ka(r0)=-2(Ve)2λr0;]]>第三步：全孔径非线性解旋转、聚焦与保相处理：首先，将数据S_4,i(f_a,τ)沿慢时间频率f_a做逆傅里叶变换，并将得到的数据在慢时间t上按照原有时间顺序依次重新排列，组合后形成全孔径数据s₄(t,τ)；接着，将全孔径数据s₄(t,τ)与H₃(t,r₀)相乘得到全孔径数据s₅(t,τ)；H₃(t,r₀)按下式计算：H3(t,r0)=exp{-jπ[Krot(r0)·(t-ta,ref)2+23Yrot(r0)·(t-ta,ref)3]}]]>上式中K_rot(r₀)、Y_rot(r₀)按下式计算：Krot(r0)=Krot0Kscl0·Kscl(r0)]]>Yrot(r0)=v2αKscl2(r0)Ka(r0)Ve2,]]>α=Kscl0Kscl0-Krot0]]>然后将数据s₅(t,τ)沿慢时间t做傅里叶变换，再乘以H₄(f_a)得到数据S₆(f_a,τ)，其中H₄(f_a)计算公式为：H4(fa)=exp{jπKscl(r0)-Krot(r0)fa2}exp{j2πYrot(r0)3[Kscl(r0)-Krot(r0)]3fa3}]]>最后，将S₆(f_a,τ)沿慢时间频率f_a做逆傅里叶变换，再乘以H₅(t)得到成像结果s₆(t,τ)；H₅(t)计算公式为：H5(t)=exp{jπKt(r0)·t~2}exp{-j2π[α(a-1)2-α33]Yrot(r0)·t~3}]]>其中：Kt(r0)=Krot(r0)Kscl(r0)Kscl(r0)-Krot(r0)]]>t~=α-1(t-ta,ref)-α-3β(t-ta.ref)2,]]>β=(2-α)αKscl(r0)-Krot(r0)Yrot(r0).]]>