基于距離多普勒校正的fmcw sar成像方法及裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，包括：步驟一、接收回波信號(hào)，Dechirp處理后得到差頻回波信號(hào)；步驟二、對(duì)所述差頻回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，完成距離向壓縮；步驟三、對(duì)完成距離向壓縮的回波信號(hào)進(jìn)行距離徙動(dòng)和距離多普勒頻移校正；步驟四、對(duì)校正后的回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變化及聚焦處理，得到SAR圖像。通過(guò)本發(fā)明提供的方案可以提高成像質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 基于距離多普勒校正的FMCW SAR成像方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于距離多普勒頻移補(bǔ)償 的Ka頻段FMCW SAR成像方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] FMCW SAR興起于21世紀(jì)初，由于其體積小、重量輕、分辨率高和成本低而在軍 用和民用領(lǐng)域備受青睞。從2000年開(kāi)始各國(guó)就紛紛開(kāi)始了FMCW SAR系統(tǒng)的研制，其中德國(guó) Fraunhofer高頻物理與雷達(dá)技術(shù)研究所于2000年研制了一套毫米波高分辨率FMCW SAR 系統(tǒng)，該雷達(dá)工作在Ka和W波段，最大發(fā)射信號(hào)帶寬達(dá)到2G化。2002年，德國(guó)EADS防御通 信系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)出了FMCW體制的MISAR。第一代MISAR系統(tǒng)的重量小于4公斤并能提供 0.5米*0.5米的分辨率，可W搭載在超小型無(wú)人機(jī)LUNA上，同時(shí)第二代X波段的MiSAR 也在2005年完成了研制。
[0005] 荷蘭代爾夫特理工大學(xué)于2003成功研制了Ka波段FMCW SAR樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了0.3m XO.3m成像。隨后于2005年與TNO-FEL合作開(kāi)發(fā)了第二代系統(tǒng)一MiniSAR，該系統(tǒng)工作在 X波段，通過(guò)相控陣天線(xiàn)可W實(shí)現(xiàn)條帶和聚束模式，并具備地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示功能。
[0006] 傳統(tǒng)的脈沖式SAR發(fā)射脈沖寬度比較窄，脈沖作用期間天線(xiàn)相位中屯、與目標(biāo)之間 的距離近似沒(méi)有發(fā)生變化，因而采用"一步一停"假設(shè)，認(rèn)為目標(biāo)的瞬時(shí)斜距由慢時(shí)間確定， 而與距離快時(shí)間無(wú)關(guān)。"一步一停"假設(shè)是當(dāng)前脈沖式SAR成像理論研究的基礎(chǔ)，大大簡(jiǎn)化了 對(duì)SAR成像的理論分析。
[0007] 然而傳統(tǒng)的"一步一停"假設(shè)應(yīng)用到FMCW SAR，會(huì)影響目標(biāo)的聚焦效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是，現(xiàn)有SAR成像技術(shù)應(yīng)用于FMCW SAR會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)成像效果差， 為解決所述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法及裝置。
[0009] 本發(fā)明提供的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法包括： 步驟一、接收回波信號(hào)，Dechi巧處理后得到差頻回波信號(hào)； 步驟二、對(duì)所述差頻回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，完成距離向壓縮； 步驟=、對(duì)完成距離向壓縮的回波信號(hào)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正和距離多普勒頻移校正； 步驟四、對(duì)校正后的回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變化及聚焦處理，得到SAR圖像。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟立包括：
[0011]本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方 法的裝置，包括= Dechirp處理模塊、距離向傅里葉變換模塊、距離徙動(dòng)和距離多普勒頻移校 正模塊、方位向傅里葉變化模塊;所述Dechi巧處理模塊接收回波信號(hào)，并進(jìn)行DecMrp處理 得到差頻回波信號(hào)，距離向傅里葉變換模塊將差頻回波信號(hào)變換到距離域;距離徙動(dòng)和距 離多普勒頻移校正模塊對(duì)距離域回波信號(hào)進(jìn)行校正;方位向傅里葉變化模塊對(duì)回波信號(hào)進(jìn) 行方位向傅立葉變換，并聚焦成像。
[0012]通過(guò)本發(fā)明所提供的方案可W得至崎質(zhì)量的圖像。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)得到的FMCW SAR圖像； 圖2為通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法得到的FMCW SAR圖像。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016] 由【背景技術(shù)】可知，傳統(tǒng)的"一步一停"假設(shè)應(yīng)用到FMCW SAR，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)的聚焦效 果差。發(fā)明人針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行研究，認(rèn)為"一步一停"假設(shè)不適用于FMCW SAR，理由是雷達(dá) 在整個(gè)掃頻周期(脈沖重復(fù)周期）內(nèi)都發(fā)射信號(hào)，其信號(hào)占空比達(dá)到了 100%，載機(jī)在發(fā)射信 號(hào)過(guò)程中連續(xù)運(yùn)動(dòng)引起的目標(biāo)瞬時(shí)斜距變化通常不能忽略，所述的目標(biāo)瞬時(shí)斜距變化會(huì)在 距離向產(chǎn)生附加的多普勒頻移，相應(yīng)地會(huì)引起回波包絡(luò)的距離徙動(dòng)，進(jìn)而影響目標(biāo)的聚焦 效果。所W需要對(duì)距離徙動(dòng)和多距離向多普勒頻移進(jìn)行校正。發(fā)明人經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究在本 發(fā)明中提供一種基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法。
[0017] 下文中，結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)做進(jìn)一步闡述。
[0018] 本發(fā)明提供的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法包括： 步驟一、接收回波信號(hào)，Dechi巧處理后得到差頻回波信號(hào)。
[0019]假設(shè)雷達(dá)工作在條帶式正側(cè)視模式，則對(duì)場(chǎng)景中屯、點(diǎn)目標(biāo)，載機(jī)位置相對(duì)目標(biāo)的 瞬時(shí)斜距為，
其中為雷達(dá)波束中屯、線(xiàn)掃過(guò)目標(biāo)時(shí)的最近斜距，為載機(jī)飛行速度，為距離快時(shí)間，為方 位慢時(shí)間。與脈沖式SAR(瞬時(shí)斜距忽略距離快時(shí)間的影響休同，F(xiàn)MCW SA即舜時(shí)斜距的計(jì)算 要考慮距離快時(shí)間的影響。
[0020] Dechbp后的差頻f目號(hào)可W表不為：
其中為虛數(shù)單位，為光速，為波 長(zhǎng)，為信號(hào)調(diào)頻斜率，為載機(jī)飛行速度，為目標(biāo)距離，為方位向時(shí)間為距離快時(shí)間，為參考 斜距； 式中，為去調(diào)頻特有的殘留視頻相位項(xiàng)(RVP，Residual Video Phase),它會(huì)影響方位 向多普勒，需要在方位向脈沖壓縮前消除。是由于SAR平臺(tái)連續(xù)運(yùn)動(dòng)引起的，即載機(jī)速度引 起的多普勒頻移所對(duì)應(yīng)的相位項(xiàng)。
[0021] 步驟二、對(duì)所述差頻回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，將回波信號(hào)變換到距離頻 域，完成距離壓縮； 步驟=、對(duì)完成距離向壓縮的回波信號(hào)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正和距離多普勒頻移校正； 雷達(dá)平臺(tái)連續(xù)運(yùn)動(dòng)在距離向引入的多普勒頻移為：
4) 為多普勒頻移引起的距離偏移量可W表示為：
(5) 其中，PRI為調(diào)頻周期時(shí)間，B為發(fā)射信號(hào)帶帝。
[0022] 其中，R/ =R+Rd為測(cè)量的目標(biāo)距離：
巧標(biāo)實(shí)際距離； 一般來(lái)說(shuō)，距離徒動(dòng)校正在距離多普勒域進(jìn)行。因此，距離徒動(dòng)需要被表示為只包含變 量於和fd的形式。 (10) Ro = Rcos(O) (7) 因此可W將距離徙動(dòng)量重新表示為： Rm(R'，fd) = (I-COS(O)KR'-Rd)+Rd (9) 和傳統(tǒng)對(duì)距離徙動(dòng)的表達(dá)相比，額外的項(xiàng)對(duì)應(yīng)多普勒頻移的影響。平臺(tái)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多 普勒頻移引起的影響可W在距離徙動(dòng)校正中完成補(bǔ)償。
[0023]插值方法運(yùn)算量大，在此構(gòu)造距離徙動(dòng)校正、多普勒頻移的函數(shù)如公式11所示，直 接用下式與回波信號(hào)形式相乘即可完成距離徙動(dòng)校正與多普勒頻移校正，方法簡(jiǎn)單，處理 效率高。
[OC
：11) 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，考慮到RVP會(huì)改變多普勒頻率，對(duì)回波信號(hào)附加線(xiàn)性誤差及 二次相位失真，所W對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行RVP校正。
[002引由于RVP項(xiàng)相位隨空間變化，在時(shí)域很難去除，RVP在快時(shí)間域的一個(gè)卷積因子，在 距離向頻域只要對(duì)不同頻率乘W-個(gè)和頻率相關(guān)的因子，就可W完全去除，因此，RVP校正 需要在距離頻域完成。
[00%] 構(gòu)造RVP校正函數(shù)：
步驟四、對(duì)校正后的回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變化及聚焦處理，得到SAR圖像。
[0027] 圖1為通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)得到的FMCW SAR圖像；圖2為通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法得 到的FMCW SAR圖像。從圖1可W看出利用現(xiàn)有技術(shù)得到的圖像在方位向和距離向均有不同 程度的散焦，由圖2可W看出通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法得到的圖像在方位向和距離向 的聚焦效果有明顯提升。
[0028] 本發(fā)明雖然已W較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可W利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)W上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于，包括： 步驟一、接收回波信號(hào)，Dechirp處理后得到差頻回波信號(hào)； 步驟二、對(duì)所述差頻回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，完成距離向壓縮； 步驟三、對(duì)完成距離向壓縮的回波信號(hào)進(jìn)行距離徙動(dòng)和距離多普勒頻移校正； 步驟四、對(duì)校正后的回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變化及聚焦處理，得到SAR圖像。2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， 所述步驟三包括： 步驟3.1、構(gòu)造距離徙動(dòng)和距離多普勒頻移校正函數(shù)丨3. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， 還包括，在距離頻域?qū)夭ㄐ盘?hào)進(jìn)行RVP校正。4. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， RVP校正包括:構(gòu)造 RVP校正函！RVP校正函數(shù)與回波信號(hào)相乘。5. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法，其特征在于， Dechirp處理后得到的差頻回波信號(hào)為其中為R目標(biāo)距離，tr為方位向時(shí)間。6. 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至5中所提供的基于距離多普勒頻移校正的FMCW SAR成像方法的裝 置，其特征在于，包括= Dechirp處理模塊、距離向傅里葉變換模塊、距離徙動(dòng)和距離多普勒 頻移校正模塊、方位向傅里葉變化模塊；所述Dechirp處理模塊接收回波信號(hào)，并進(jìn)行 Dechirp處理得到差頻回波信號(hào)，距離向傅里葉變換模塊將差頻回波信號(hào)變換到距離域;距 離徙動(dòng)和距離多普勒頻移校正模塊對(duì)距離域回波信號(hào)進(jìn)行校正;方位向傅里葉變化模塊對(duì) 回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅立葉變換，并聚焦成像。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK106019280SQ201610381013
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】王輝
【申請(qǐng)人】王輝