一種基于非線性調頻信號的合成孔徑雷達成像方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成孔徑雷達（SAR，Synthetic Aperture Radar)技術，尤其涉及一種 基于非線性調頻信號的SAR成像方法和裝置。
【背景技術】
[0002] SAR是一種高分辨率成像雷達，可以在能見度極低的氣象條件下得到類似光學照 相的高分辨雷達圖像，SAR通常裝在飛機或衛(wèi)星上，按平臺的運動航跡來測距和二維成像。 線性調頻（LFM，Linear Frequency Modulation)信號是SAR中最常用的發(fā)射波形，將這種 波形通過匹配濾波后，生成的響應函數(shù)，經(jīng)歸一化后的峰值旁瓣比（PSLR，Peak Side Lobe Ratio)為-13dB。為了抑制旁瓣的高度，通常采用加權窗函數(shù)、自適應濾波和優(yōu)化算法，但 這些方法使得匹配濾波器失配，降低輸出的信噪比（SNR，Signal to Noise Ratio)。
[0003] 相比于 LFM 信號，非線性調頻（NLFM，Non-Linear Frequency Modulation)信號的 脈沖壓縮結果可以獲得很低的PSLR，并且，這一過程并沒有損失輸出SNR。通過相關實驗， NLFM信號可以避免SNR的l-2dB損失，相當于節(jié)省天線發(fā)射功率25%。對于能量緊缺的雷 達系統(tǒng)中，采用NLFM信號作為發(fā)射波形可以提升系統(tǒng)性能。
[0004] 但是，常用的SAR成像算法都是針對LFM開發(fā)，因此，不能將這些算法照搬到NLFM 的SAR數(shù)據(jù)處理中，給出針對NLFM為發(fā)射波形的SAR成像方法是非常必要的。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明實施例期望提供一種基于非線性調頻信號的SAR成像方法和裝 置，能夠使SAR有效使用NLFM信號作為發(fā)射波形，獲得聚焦良好的圖像，從而提升系統(tǒng)性 能。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明實施例提供了一種基于非線性調頻信號的SAR成像方法，包括：
[0008] 根據(jù)發(fā)射的非線性調頻信號，對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈沖壓縮，確定距離向脈沖 壓縮的數(shù)據(jù)；
[0009] 確定斜距誤差，根據(jù)斜距誤差對距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)補償參考距離處的運動誤 差，得到補償后的數(shù)據(jù)；
[0010] 對補償后的數(shù)據(jù)采用改進的Stolt映射，得到距離徙動校正（RCMC，Range Cell Migration Correction)和距離方位親合項補償?shù)臄?shù)據(jù)；
[0011] 對RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)補償殘余運動誤差，并進行方位向聚焦。
[0012] 上述方案中，所述根據(jù)發(fā)射的非線性調頻信號，對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈沖壓縮， 確定距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)，包括：
[0013] 對回波數(shù)據(jù)進行解調，并進行二維傅里葉變換，得到距離頻域的回波數(shù)據(jù)；
[0014] 將發(fā)射的非線性調頻信號兩端補零，補至回波數(shù)據(jù)的長度，進行傅里葉變換，并取 共輒，得到處理后的非線性調頻信號；
[0015] 將處理后的非線性調頻信號與距離頻域的回波數(shù)據(jù)相乘，并將結果進行逆傅里葉 變換，得到距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)。
[0016] 上述方案中，所述確定斜距誤差，根據(jù)斜距誤差對距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)補償參 考距離處的運動誤差，得到補償后的數(shù)據(jù)，包括：
[0017] 根據(jù)東、北、天向速度，擬合出真實運動軌跡，確定與理想運動軌跡沿視線方向的 斜距誤差；
[0018] 將距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)變換到距離頻域，并乘以所述斜距誤差對應的相位，得 到補償后的數(shù)據(jù)。
[0019] 上述方案中，所述對補償后的數(shù)據(jù)采用改進的Stolt映射，得到RCMC和距離方位 耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)，包括：
[0020] 對補償后的數(shù)據(jù)進行方位傅里葉變換，并進行改進的Stolt映射，得到RCMC和距 離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)；
[0021] 所述改進的Stolt映射表達式為：
[0023] 其中f2表示新的距離頻率變量，V 3表示雷達速度，c表示光速，f t表示距離向頻率， f η表示方位向頻率，f。表示雷達載波頻率。
[0024] 上述方案中，所述對RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)補償殘余運動誤差，并完 成方位向聚焦，包括：
[0025] 將RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)進行二維逆傅里葉變換，并采用空變的運 動補償方法補償殘余運動誤差，得到補償殘余運動誤差后的數(shù)據(jù)；
[0026] 將補償殘余運動誤差后的數(shù)據(jù)變換到距離多普勒域，并進行方位向壓縮處理。
[0027] 本發(fā)明實施例還提供了一種基于非線性調頻信號的SAR成像裝置，包括：脈沖壓 縮模塊、第一補償模塊、映射模塊、第二補償模塊和方位向聚焦模塊，其中，
[0028] 所述脈沖壓縮模塊，用于根據(jù)發(fā)射的非線性調頻信號，對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈 沖壓縮，確定距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)；
[0029] 所述第一補償模塊，用于確定斜距誤差，根據(jù)斜距誤差對距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù) 補償參考距離處的運動誤差，得到補償后的數(shù)據(jù)；
[0030] 所述映射模塊，用于對補償后的數(shù)據(jù)采用改進的Stolt映射，得到RCMC和距離方 位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)；
[0031] 所述第二補償模塊，用于對RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)補償殘余運動誤 差；
[0032] 所述方位向聚焦模塊，用于對完成補償殘余運動誤差的數(shù)據(jù)進行方位向聚焦。
[0033] 上述方案中，所述脈沖壓縮模塊，具體用于，
[0034] 對回波數(shù)據(jù)進行解調，并進行二維傅里葉變換，得到距離頻域的回波數(shù)據(jù)；
[0035] 將發(fā)射的非線性調頻信號兩端補零，補至回波數(shù)據(jù)的長度，并進行傅里葉變換，并 取共輒，得到處理后的非線性調頻信號；
[0036] 將處理后的非線性調頻信號與距離頻域的回波數(shù)據(jù)相乘，并將結果進行逆傅里葉 變換，得到距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)。
[0037] 上述方案中，所述第一補償模塊，具體用于，
[0038] 根據(jù)東北天向速度，擬合出真實運動軌跡，確定與理想運動軌跡沿視線方向的斜 距誤差；
[0039] 將數(shù)據(jù)距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)變換到距離頻域，并乘以所述斜距誤差對應的相 位，得到補償后的數(shù)據(jù)。
[0040] 上述方案中，所述映射模塊，具體用于，
[0041] 對補償后的數(shù)據(jù)進行方位傅里葉變換，并進行改進的Stolt映射，得到RCMC和距 離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)；
[0042] 所述改進的Stolt映射表達式為：
[0044] 其中f2表示新的距離頻率變量，V 3表示雷達速度，c表示光速，f t表示距離向頻率， f η表示方位向頻率，f。表示雷達載波頻率。
[0045] 上述方案中，所述第二補償模塊，具體用于，
[0046] 將RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)進行二維逆傅里葉變換，并采用空變的運 動補償方法補償殘余運動誤差，得到補償殘余運動誤差后的數(shù)據(jù)；
[0047] 所述方位向聚焦模塊，具體用于將補償殘余運動誤差后的數(shù)據(jù)變換到距離多普勒 域，并進行方位向壓縮處理。
[0048] 本發(fā)明實施例所提供的基于非線性調頻信號的SAR成像方法和裝置，根據(jù)發(fā)射的 非線性調頻信號，對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈沖壓縮，確定距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)，確定斜距 誤差，根據(jù)斜距誤差對距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)補償參考距離處的運動誤差，得到補償后的 數(shù)據(jù)；對補償后的數(shù)據(jù)采用改進的Stolt映射，得到RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)； 對RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)補償殘余運動誤差，并進行方位向聚焦。如此，能夠 使SAR有效使用NLFM信號作為發(fā)射波形，獲得聚焦良好的圖像，從而提升系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明實施例一種非線性調頻信號的生成方法的流程示意圖；
[0050] 圖2為設計的成像場景示意圖；
[0051] 圖3為聚焦后的點目標成像結果示意圖；
[0052] 圖4為點目標PI、P2、P3插值后結果示意圖；
[0053] 圖5為機載SAR實測數(shù)據(jù)成像結果以及強點目標的放大顯示示意圖；
[0054] 圖6為強點目標的插值后結果示意圖；
[0055] 圖7為本發(fā)明實施例一種非線性調頻信號的生成裝置的組成結構示意圖。
【具體實施方式】
[0056] 本發(fā)明實施例中，根據(jù)發(fā)射的非線性調頻信號，對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈沖壓縮， 確定距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)，確定斜距誤差，根據(jù)斜距誤差對距離向脈沖壓縮的數(shù)據(jù)補償 參考距離處的運動誤差，得到補償后的數(shù)據(jù)；對補償后的數(shù)據(jù)采用改進的Stolt映射，得到 RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)；對RCMC和距離方位耦合項補償?shù)臄?shù)據(jù)補償殘余運動 誤差，并進行方位向聚焦。
[0057] 下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。