一种合成孔径雷达sar的广义极坐标成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种合成孔径雷达SAR的广义极坐标成像方法，涉及雷达信号处理领域，其步骤为：步骤1，合成孔径雷达SAR接收目标的回波信号，从回波信号得到距离波数域信号；步骤2，利用方位去斜函数对距离波数域信号进行方位去斜；步骤3，得到相位补偿之后的信号；步骤4，对相位补偿之后的信号在距离向上进行傅里叶逆变换，再进行变标，相位校正及保相操作，得到最终成像结果。本发明能够降低载机试验成本，并适应不同的场景要求。
【专利说明】-种合成孔径雷达SAR的广义极坐标成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达信号处理领域，涉及波束指向合成孔径雷达（Beam Steering Synthetic Aperture Radar, BS-SAR)的聚焦，尤其涉及一种合成孔径雷达SAR的广义极坐 标成像方法，可用于机载、星载平台合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像处 理。
【背景技术】
[0002] 近年来，针对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR)的研究越来越多。 合成孔径雷达SAR是一种全天时、全天候、高分辨的遥感设备。另外，合成孔径雷达SAR还 可以以不同频率，不同观测角在不同极化模式下工作。合成孔径雷达SAR的这些特点使其 成为获取信息灵活有效获的工具。合成孔径雷达SAR还可以产生高分辨率，高精度的图像。 合成孔径雷达成像属于高分辨成像技术，在距离方向，它通过发射大带宽信号获得高分辨； 在方位方向，用一个运动的传感器模拟一个长的天线阵列，得到在该方向上较好的分辨率。
[0003] 合成孔径雷达SAR可以在多种模式下工作，比如条带模式、聚束模式、滑动聚束模 式、循序扫描地形观测（terrain observation by progressive scans, TOPS)模式等。其中 循序扫描地形观测TOPS模式、滑动聚束模式及聚束模式可统称为波束指向模式（BS-SAR)。 波束指向合成孔径雷达BS-SAR应用广泛，比如海洋和陆地监测、测绘、城市地区监测、灾害 评估等。目前，在星载合成孔径雷达SAR方面已经采用了波束指向合成孔径雷达BS-SAR技 术，比如TerraSAR-X卫星，它能够得到米级甚至是厘米级的分辨率。
[0004] 到目前为止，针对某种特定模式的成像算法已经很多了。对于循序扫描地形观测 T0PSSAR模式和滑动聚束SAR模式，由于其多普勒中心随慢时间线性变化，方位向信号是模 糊的。为了处理这种模糊，人们提出了多种方法，比如基于子孔径的ECSA方法，基带方位变 标BAS方法等。另外一种途径就是全孔径成像算法。"two-st印"算法可以用来处理TOPS SAR模式和滑动聚束SAR模式数据，然而直接用匹配滤波器对方位向信号进行脉压会导致 聚焦结果的混叠。针对循序扫描地形观测T0PSSAR数据处理，Engen.etal.提出了滑动带 宽 CZ 变换（Chirp Z-Transform)方法。
[0005] 而对于聚束模式SAR模式，其方位向信号也是模糊的。人们提出了基于子孔径的 方法，比如CS(Chirp Scaling)算法，FS(Frequency Scaling)算法以及它们的扩展形式来 处理这种模糊。另一种有效的方法是"two-step"算法。对于上述方法，传统算法被用来进 行距离徙动校正，匹配滤波器用来对变换到方位频域的信号进行聚焦处理。逆合成孔径雷 达成像中的极坐标算法PFA也可以用来处理聚束合成孔径雷达SAR数据。
[0006] 以上成像处理算法都只针对一种合成孔径雷达SAR模式，而不能同时兼顾聚束 SAR、滑动聚束SAR和TOPS SAR三种模式。针对波束指向合成孔径雷达（BS-SAR)不同的模 式就需要在载机上安装相应的成像处理模块，增加了研究成本，在成像场景未知的情况下 更带来了很多的不便。
【发明内容】
[0007] 针对上述已有技术的不足，本发明将现有技术中的极坐标算法（Polar Formation Algorithm，PFA)加以改进，提供一种能够处理聚束SAR、滑动聚束SAR和循序扫描地形观测 TOPS SAR三种模式的广义极坐标（Generalized Polar Formation Algorithm，GPFA)成像方 法，能够降低载机试验成本，并适应不同的场景要求。
[0008] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0009] -种合成孔径雷达SAR的广义极坐标成像方法，其特征在于，包括以下步骤： [0010] 步骤1，合成孔径雷达SAR接收目标的回波信号，从回波信号得到距离波数域信号 s (Kr, ta)；
[0011] 步骤2,构造方位去斜函数Hde ePFA，利用方位去斜函数Hde ePFA对距离波数域信号 s (&，ta)进行方位去斜，即距离波数域信号s (&，ta)乘以方位去斜函数Hde ePFA，得到方位去 斜之后的信号s'（心，ta);
[0012] 步骤3,对方位去斜之后的信号s'（&，ta)进行二维插值操作并进行相位补偿，得 到相位补偿之后的信号S ePFA(Y，Kx);
[0013] 步骤4,对相位补偿之后的信号SePFA(Y，Kx)在距离向上进行傅里叶逆变换，再进行 变标，相位校正及保相操作，得到最终成像结果，该最终成像结果即为合成孔径雷达SAR的 广义极坐标成像结果。
[0014] 上述技术方案的特点和进一步改进在于：
[0015] (1)步骤1包括以下子步骤：
[0016] la)对回波信号在距离时域上进行脉压处理；
[0017] lb)将经过脉压处理之后的回波信号在距离向上进行傅里叶变换，再变换到距离 波数域，得到距离波数域信号s(L ta)表达式为：
【权利要求】
5.根据权利要求1所述的一种合成孔径雷达SAR的广义极坐标成像方法，其特征在于， 步骤4包括以下子步骤 4a)对相位补偿之后的信号SePFA(Y，Kx)在距离向上进行傅里叶逆变换，得到距离向上 傅里叶逆变换之后的信号Si (Y，Kx); 4b)利用变标函数对距离向上傅里叶逆变换之后的信号Si (Υ，ΚΧ)进行方位向变标处 理，即傅里叶逆变换之后的信号51(￥，1〇乘以变标函数，得到变标后信号S2(Y，K X); 变标函数的表达式如下：
其中，σ表示散射系数，G,表示距离向脉压增益，Ga表示方位脉压增益，Rsel表示变标距 离，它决定了最终图像方位采样间隔的长度，Ky(l表示Ky的中值，KX表示方位波数，K y表示距 离波数，RMf表示参考距离，RMt表示旋转中心距离，乂"表示成像场景中目标的方位向位置， Yn表示成像场景中参考目标的距离向位置，Y成像场景中任一目标的距离向位置； 4f)对方位波数域信号S5 (Υ，Κχ)进行保相处理，即乘以相位函数& (Υ，Κχ)，得到最终成 像结果；
其中，&表示方位波数，Ky表示距离波数，1?#表示参考距离，RMt表示旋转中心距离， KyQ表示Ky的中值，Y表示成像场景中任一目标的距离向位置，Rsel表示变标距离，它决定了 最终图像方位采样间隔的长度。
【文档编号】G01S13/90GK104062657SQ201410238167
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】孙光才, 左绍山, 邢孟道, 保铮 申请人:西安电子科技大学