專利名稱：一種俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達(SAR)成像方法，屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種具備高分辨能力的微波成像雷達，與光學、紅外傳感器相比，SAR具有全天時、全天候工作以及作用距離遠的獨特優(yōu)點。彈載條件下，將SAR應(yīng)用到導(dǎo)彈末制導(dǎo)中，因其能在黑夜、煙霧、強光干擾等惡劣環(huán)境下發(fā)現(xiàn)目標，故SAR更能適于實際作戰(zhàn)中導(dǎo)彈工作的復(fù)雜環(huán)境。在導(dǎo)彈末制導(dǎo)階段，SAR導(dǎo)引頭將所獲取的包含地面場景信息的圖像與自帶的電子圖像進行匹配，由空間幾何關(guān)系推算出導(dǎo)引頭的位置坐標，修正慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的積累誤差，從而提高制導(dǎo)精度，進行精確打擊。 在導(dǎo)彈的末制導(dǎo)階段，由于SAR工作在俯沖模式，因此其與常規(guī)的機載SAR最大不同之處在于雷達平臺與地面目標的垂直高度隨時間而變化，這就使得俯沖模型下的SAR回波信號不再具備常規(guī)平飛模型下SAR回波信號的方位平移不變特性，從而導(dǎo)致常規(guī)SAR成像方法不能直接應(yīng)用于俯沖模型下的SAR成像處理。孫兵等研究了高速俯沖條件下的SAR成像方法，提出了一種等效正側(cè)視的工作模式，在該模式下場景中心處目標的距離徙動較小，能實現(xiàn)成像功能，但由于實際條件的限制，一般情況下會偏離這種等效正側(cè)視工作模式，因而該方法僅限于特定條件下使用。俞根苗等研究了彈載俯沖側(cè)視下的SAR成像方法，提出了一種利用子孔徑處理技術(shù)來克服多普勒參數(shù)變化大的問題，可得到聚焦效果較好的子孔徑圖像，但方位向的分辨率較低，并且存在子孔徑圖像疊加的問題，增加了系統(tǒng)處理時間。秦玉亮等提出了一種基于距離-多普勒算法的俯沖彈道條件下的SAR成像方法，該方法在沒有增加成像復(fù)雜性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了非直線孔徑的成像處理，但其成像精度較低，不適于精確制導(dǎo)。易予生等將改進的調(diào)頻變標方法應(yīng)用到大場景的彈載俯沖SAR成像處理中，適用于寬測繪帶成像，但其成像效率較低，并且對發(fā)射信號存在誤差時的處理較差。1996 年 Davidson 等首先提出非線性變標(Nonlinear Chirp Scaling, NCS) SAR成像處理方法，該方法最早用于二次距離壓縮處理，既考慮了二次距離壓縮的等效調(diào)頻率隨多普勒頻率的變化，同時也考慮了其隨距離的線性變化，從而大大提高了非線性變標方法處理斜視SAR數(shù)據(jù)的能力。2001年Wong等將NCS方法應(yīng)用到方位向的數(shù)據(jù)處理，得到方位向NCS成像處理方法，該方法通過在方位向引入非線性變標操作，可以較好地補償多普勒調(diào)頻率隨方位時間的變化，從而有效增大方位聚焦深度和提高聚焦質(zhì)量。周松等提出了一種基于方位非線性變標的彈載SAR下降段成像方法，該方法能夠處理俯沖模型下的數(shù)據(jù)處理，但由于其采用的距離模型精度不夠，不適于高精度的成像處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，該方法能夠處理俯沖模型下合成孔徑雷達的全孔徑回波數(shù)據(jù)，實現(xiàn)較大斜視角的高精度成像?！N俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，所應(yīng)用的場景是雷達以速度ν沿YOZ平面直線AB飛行，雷達的波束中心照射地面點目標T，A點位于Z軸上，經(jīng)過時間t后雷達位于B點，Vz表示雷達沿Z方向的速度分量，Vy表示雷達沿Y方向的速度分量，Θ為地面點目標T的等效斜視角；標記雷達位于A點時，雷達與地面的高度為H。，雷達與點目標T的距離為Rtl，點目標T對應(yīng)的下視角為Y ;標記雷達位于B點時，雷達與點目標T的距離/《/) = + (vt)2 -IR0Itv0 ,參數(shù)V0 = VzCos y +vysin y cos Θ ;具體本發(fā)明方法包括以下幾個步驟步驟一對SAR原始回波數(shù)據(jù)Stl ( τ，t)做距離向快速傅里葉變換(FFT)，將回波數(shù)據(jù)變換至距離頻域-方位時域內(nèi)進行距離走動校正，將變換后的數(shù)據(jù)與距離走動校正因子H^f,, t)相乘，得到距離走動校正后的數(shù)據(jù)S2 (f\，t) ； τ代表距離時間，t代表方位時間，f τ表示距離頻率。步驟二 對距離走動校正后的數(shù)據(jù)進行方位向FFT，將數(shù)據(jù)變換至距離頻域-方位·頻域內(nèi)進行距離補償，將變換后的數(shù)據(jù)與距離補償因子
權(quán)利要求
1.一種俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，該方法所應(yīng)用的場景是雷達以速度V沿YOZ平面直線AB飛行，雷達的波束中心照射地面點目標T，A點位于Z軸上，經(jīng)過時間t后雷達位于B點，Vz表示雷達沿Z方向的速度分量，Vy表示雷達沿Y方向的速度分量，Θ為地面點目標T的等效斜視角；標記雷達位于A點時，雷達與地面的高度為Htl，雷達與點目標T的距離為Rtl，點目標T對應(yīng)的下視角為Y ;標記雷達位于B點時，雷達與點目標 T 的距離
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述的步驟一的具體實現(xiàn)方法是 所述的SAR的原始回波數(shù)據(jù)表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述的步驟二實現(xiàn)的方法是 對數(shù)據(jù)S2 (f τ，t)進行方位向FFT，得到數(shù)據(jù)S3 (f τ，f)，忽略幅度的影響，數(shù)據(jù)S3 (f τ，f)的相位03(f τ, f)為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述的步驟三具體實現(xiàn)方法為 忽略數(shù)據(jù)34(1，0的常數(shù)相位、以及距離與方位兩個方向的線性相位后，對數(shù)據(jù)S4(f\，f)做距離向IFFT，得到數(shù)據(jù)S5(R0,f) S5 (R0, f) = exp {j Φ5 (R0, f)}，相位
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述的步驟四的具體實現(xiàn)方法為 對數(shù)據(jù)S6 (R。，f)進行方位向IFFT后，得到數(shù)據(jù)S7 (R。，t) 57(R0, t) = exp {j Φ 7 (R0, t)},相位 Φ 7 (R0, t) = π Ka (tn) (t_tn)2 ； 其中，、為點目標的方位向波束中心穿越時刻；Ka(tn)表示隨方位時間變化的多普勒調(diào)頻率，
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，所述的步驟五中，對方位向非線性變標處理后的數(shù)據(jù)進行方位向FFT，得到數(shù)據(jù)S9O^ f)
全文摘要
本發(fā)明提出一種俯沖模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達(SAR)成像方法，首先對SAR的原始回波數(shù)據(jù)做距離向快速傅里葉變換(FFT)后進行距離走動校正；其次進行方位向FFT后進行距離補償；再進行距離向快速傅里葉逆變換(IFFT)后進行三次相位補償；然后進行方位向IFFT后，進行方位向非線性變標處理；最后再進行方位向FFT后，進行方位補償，對方位補償后的數(shù)據(jù)進行方位向IFFT，得到最終的SAR圖像。本發(fā)明可實現(xiàn)較大斜視角的SAR成像，增大了方位向的聚焦深度，在俯沖模型下可實現(xiàn)較大方位聚焦深度下的高精度SAR成像。
文檔編號G01S13/90GK102819020SQ20121029564
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者徐華平, 肖忠源, 李春升 申請人:北京航空航天大學