本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(SyntheticApertureRadar，SAR)成像領(lǐng)域，涉及一種適用于圓周合成孔徑雷達(CircularSAR，CSAR)快速時域成像方法。
背景技術(shù)：
：CSAR是指雷達平臺(或稱雷達站)圍繞觀測場景做360°圓周或?qū)捊嵌葓A弧運動，并且波束始終指向目標場景進行觀測成像的雷達系統(tǒng)；這種雷達系統(tǒng)具有獲取目標散射信息豐富，高分辨率成像以及能實現(xiàn)三維成像等優(yōu)點，近年來引起廣泛關(guān)注；但是，特殊的運動軌跡給CSAR的數(shù)據(jù)處理帶來了新的問題與挑戰(zhàn)，如回波數(shù)據(jù)量大，回波距離方位耦合性強等，這些都極大地增加了CSAR高精度成像處理的難度?，F(xiàn)有的CSAR成像方法主要有時域BPA(BackprojectionApproach，后向投影方法)；時域BPA無任何近似處理，能夠精確處理CSAR回波的距離方位耦合性以及其特殊的雷達運動軌跡，從而實現(xiàn)CSAR的高精度成像處理但是，時域BPA需要極大的計算量，從而降低了成像效率，因此時域BPA不能成為快速有效的CSAR成像方法；如何解決適用于CSAR的快速時域成像方法正是一個亟待解決的技術(shù)問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種適用于圓周合成孔徑雷達快速時域成像方法，以提高CSAR成像處理效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是：首先，對CSAR回波信號進行距離壓縮，將雷達的全孔徑劃分為若干個子孔徑并生成初始子圖像網(wǎng)格，再將與子孔徑對應的距離壓縮回波信號后向投影到初始子圖像網(wǎng)格，相干疊加生成初始子圖像；然后，進行循環(huán)遞歸的子孔徑合并和新的子圖像網(wǎng)格生成，再將上一級的子圖像插值到新的子圖像網(wǎng)格，相干疊加生成新的子圖像；最后，將所有子孔徑圖像投影到同一成像區(qū)域，相干疊加生成CSAR圖像。本發(fā)明一種適用于圓周合成孔徑雷達快速時域成像方法，包括以下處理步驟：第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；已知CSAR發(fā)射信號中心頻率為fc，帶寬為B，距離分辨率為ρx，方位分辨率為ρy；假設(shè)笛卡爾坐標系原點為成像場景中心，成像場景中任意目標P的位置為rP＝(xP,yP,0)；雷達平臺以速度V繞Z軸做圓周運動，慢時間η時刻其坐標為(Rxycos(φ),Rxysin(φ),zM)，Rxy和zM分別為雷達平臺圓周軌跡的半徑與高度，φ∈[0,2π]為雷達平臺的角度變量，且φ(η)＝Vη/Rxy；雷達平臺的初始位置為(Rxy,0,zM)；設(shè)雷達發(fā)射的基帶信號為p(τ)，則接收到的CSAR回波信號經(jīng)正交解調(diào)后為：s(τ,φ)＝σP·p[τ-R(φ,rP)/c0]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，τ為慢時間，σP為目標P的散射系數(shù)，c0為光速；R(φ,rP)為雷達平臺到目標P的雙程距離斜距，即：R(φ,rP)=2(Rxycos(φ)-xP)2+(Rxysin(φ)-yP)2+zM2]]>距離壓縮后，CSAR回波信號為：src(τ,φ)＝σp·prc[B(τ-R(φ,rP)/c0)]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，prc(·)為距離壓縮信號包絡(luò)；設(shè)雷達平臺合成孔徑的實孔徑采樣點數(shù)為L，將其均勻分成K個子圓弧孔徑數(shù)據(jù)(一般取K/Lfull≤1/8)，則每段子孔徑數(shù)據(jù)采樣點數(shù)為根據(jù)因式分解原理確定圓弧數(shù)據(jù)的最佳初始孔徑長度l0，以及子孔徑分解因子I；則有N＝l0×IP，其中P為分解級數(shù)；對第一級第n個子孔徑，n＝1,2,…,IP，首先生成第一級第n個初始子圖像網(wǎng)格其中網(wǎng)格原點為第一級第n個子孔徑中心位置，極距為網(wǎng)格原點到任意場景點(x,y,0)的雙程斜距，極角為極距與子孔徑中心處法線之間的夾角，即：ρn1=[Rxycos(φn1)-x]2+[Rxysin(φn1)-y]2θn1=arctan(y-Rxysin(φn1)x-Rxycos(φn1)),θn1∈[0,π]]]>其中，為第一級第n個子孔徑中心對應的角度變量；而第一級第n個初始子圖像網(wǎng)格的極距采樣間隔和極角采樣間隔分別為：Δρn1≤c0/2BΔθn1≤c0/fcdMn1]]>其中，為第一級第n個子孔徑的長度；然后，將第一級第n個子孔徑對應的距離壓縮回波信號后向投影到第一級第n個初始子圖像網(wǎng)格然后相干疊加生成第一級第n個初始子圖像，即：In1(ρn1,θn1)=∫φn1-φIn1/2φn1+φIn1/2src(R(φ,ρn1,θn1)/c0,φ)·exp[j2πfcR(φ,ρn1,θn1)/c0]dφ]]>其中，src(·)為距離壓縮回波信號，為第一級第n個子孔徑所對應的積累角，為雷達平臺到第一級第n個初始子圖像網(wǎng)格的雙程距離斜距；第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；第p級處理時，p＝1,…,P，每I個第p-1級子孔徑合并成一個第p級子孔徑；對于第p級第q個子孔徑，q＝1,2,…,IP-p，首先生成第p級第q個子圖像網(wǎng)格其中網(wǎng)格原點為第p級第q個子孔徑中心位置，極距為網(wǎng)格原點到任意場景點(x,y,0)的距離，極角為極距與子孔徑中心處法線之間的夾角，即：ρqp=[Rxycos(φqp)-x]2+[Rxysin(φqp)-y]2θqp=arccos(y-Rxysin(φqp)x-Rxycos(φqp)),θqp∈[0,π]]]>其中，為第p級第q個子孔徑中心對應的角度變量；而第p級第q個子圖像網(wǎng)格的極距采樣間隔和極角采樣間隔分別為：Δρqp≤c0/2BΔθqp≤c0/fcdMqp]]>其中，為第p級第q個子孔徑的長度；然后，將I個第p-1級子圖像插值到第p級第q個子圖像網(wǎng)格最后相干疊加生成第p級第q個子圖像：Iqp(ρqp,θqp)=Σt=1+(q-1)IqIIt(q-1)(ρtq-1,θtq-1)]]>其中，為第p級第q個子圖像，為第p-1級第t個子圖像，t＝1,2,…,l0IP-(p-1)，為第p-1級第t個子圖像網(wǎng)格中與第p級第q個子圖像網(wǎng)格相對應的位置；如此循環(huán)遞歸處理，直至獲得第P級子圖像結(jié)果；K個子圓弧孔徑數(shù)據(jù)分別進行上述處理，獲得K個P級子圖像；第三步，全孔徑合并和最終圖像生成；設(shè)最終成像結(jié)果圖像網(wǎng)格的距離采樣間隔Δx和方位采樣間隔Δy分別為：Δx≤ρxΔy≤ρy]]>然后，將第二步所得K個P級子圖像插值到圖像網(wǎng)格(x,y)，最后相干疊加生成CSAR圖像：I(x,y,0)=Σm=1KImP(ρP,θP)]]>其中，I(x,y,0)為全分辨率CSAR圖像；為第m個子孔徑成像結(jié)果，m＝1,2,…,N，(ρP,θP)為對應子孔徑圖像網(wǎng)格中與最終成像網(wǎng)格(x,y,0)相對應的位置。本發(fā)明一種適用于圓周合成孔徑雷達快速時域成像方法，其有益效果是：采用子孔徑處理技術(shù)，在保持時域成像方法高精度的同時，極大地減少了時域成像方法的計算量，從而提高了成像處理的效率，進而實現(xiàn)了CSAR的快速高精度成像處理，獲得高質(zhì)量CSAR圖像。附圖說明圖1是本發(fā)明圓周SAR的快速時域成像方法流程示意圖。圖2是時域BPA成像獲得的點目標成像結(jié)果。圖3是本發(fā)明獲得的點目標成像結(jié)果。圖4是實測數(shù)據(jù)錄取中的雷達平臺運動軌跡。圖5a～圖5e是時域BPA成像獲得的實測數(shù)據(jù)成像結(jié)果。圖6a～圖6e是本發(fā)明獲得的實測數(shù)據(jù)成像結(jié)果。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的解釋。圖1為本發(fā)明圓周SAR快速時域成像方法的流程示意圖；如圖1所示，整個流程包括三個處理步驟：第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；第三步，全孔徑合并和最終圖像生成。本發(fā)明圓周SAR快速時域成像方法通過仿真實驗和實測數(shù)據(jù)進行了驗證，理論分析和實驗結(jié)果證明了本發(fā)明的有效性。在仿真實驗中，本發(fā)明中的系統(tǒng)仿真參數(shù)如下表1所示；表1成像場景設(shè)置及目標布置方式如下：成像場景大小為200m×200m(距離×方位)，在成像場景內(nèi)共設(shè)置了9個點目標，其中1個點目標位于場景中心，其它8個點目標分布在一個圓環(huán)的8個方向，距離場景中心均為180m。圖2是時域BPA成像獲得的點目標成像結(jié)果；其中水平方向為方位方向(單位：米)，垂直方向為距離方向(單位：米)，圖2中的中圖為整個成像場景的成像處理結(jié)果，并用兩個矩形虛線框分別標識位于成像場景中心和右上角的兩個點目標；圖2中的左圖和右圖分別為場景中心點目標和非場景中心點目標(矩形虛線框標識)的放大圖；由圖2可知，所有的點目標均實現(xiàn)了良好的聚焦，因此時域BPA能夠?qū)崿F(xiàn)圓周SAR的精確成像處理；但是，時域BPA計算量較大，從而降低了成像效率。圖3是本發(fā)明獲得的點目標成像結(jié)果；其中水平方向為方位方向(單位：米)，垂直方向為距離方向(單位：米)，圖3中的中圖為整個成像場景的成像處理結(jié)果，并用兩個矩形虛線框分別標識位于成像場景中心和右上角的兩個點目標；圖3中的左圖和右圖分別為場景中心點目標和非場景中心點目標(矩形虛線框標識)的放大圖；由圖3可知，所有的點目標均實現(xiàn)了良好的聚焦，且其聚焦效果與圖2非常接近，因此本發(fā)明也能夠?qū)崿F(xiàn)圓周SAR的精確成像處理；與時域BPA相比，本發(fā)明能極大地降低計算量，在該仿真條件下其成像效率提高了約12.2倍；因此本發(fā)明方法是一種高效率高精度的成像方法。為定量評估本發(fā)明圓周SAR快速時域成像方法的性能，分別計算了圖2和圖3中的場景中心點目標和非場景中心點目標(矩形虛線框標識)的二維分辨率(X軸方向和Y軸方向)和二維峰值旁瓣比(X軸方向和Y軸方向)，點目標聚焦性能參數(shù)對比如下表2所示；表2圖2中的場景中心點目標的X軸和Y軸方向的分辨率分別為0.098m和0.099m，X軸和Y軸方向的峰值旁瓣比分別為-9.127dB和-8.249dB，而圖3中的場景中心點目標的X軸和Y軸方向的分辨率分別為0.106m和0.105m，X軸和Y軸方向的峰值旁瓣比分別為-8.106dB和-7.842dB；圖2中的非場景中心點目標的X軸和Y軸方向的分辨率分別為0.099m和0.099m，X軸和Y軸方向的峰值旁瓣比分別為-8.093dB和-8.069dB，而圖3中的非場景中心點目標的X軸和Y軸方向的分辨率分別為0.098m和0.094m，X軸和Y軸方向的峰值旁瓣比分別為-8.379dB和-7.798dB；對比上述指標參數(shù)可發(fā)現(xiàn)：本發(fā)明獲得的點目標的聚焦性能與時域BPA獲得的點目標的聚焦性能十分接近。在實測數(shù)據(jù)處理中，本發(fā)明采用美國空軍實驗室公開的多極化CSAR數(shù)據(jù)—gotcha；該數(shù)據(jù)所采用信號為X波段(9.6GHz)，帶寬640MHz的線性調(diào)頻信號；實測數(shù)據(jù)錄取中的雷達平臺運動軌跡如圖4所示；圖5和圖6分別給出了時域BPA和本發(fā)明針對場景大小為100m×100m(X軸方向×Y軸方向)的成像結(jié)果；其中圖5b、圖5c分別為圖5a中矩形框A區(qū)域餓的目標放大圖及其所對應的實物照片，圖5d、圖5e分別為圖5a中矩形框B區(qū)域的目標放大圖以及其所對應的實物照片，其中圖6b、圖6c分別為圖6a中矩形框A區(qū)域餓的目標放大圖及其所對應的實物照片，圖6d、圖6e分別為圖6a中矩形框B區(qū)域的目標放大圖以及其所對應的實物照片，而通過對比圖5和圖6的成像結(jié)果可知：本發(fā)明獲得的實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果與時域BPA獲得的實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果十分相似。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3