一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，涉及雷达信号处理领域，步骤1，合成孔径雷达对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，得到距离脉压后的信号；步骤3，在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行成像；步骤4，对第j级子图像相邻两个子图像进行两两分组；步骤5，对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；步骤6，在角度维上进行上采样和相位校正。步骤7，每组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，得到第j+1级子图像；步骤8，得到第Ns级子图像本发明方法计算量小，效率更高，能够兼顾成像效率和成像质量用于聚束模式合成孔径雷达成像，适用于机载和星载平台。
【专利说明】 一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理领域，涉及一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，用于聚束模式合成孔径雷达成像，适用于机载和星载平台。
【背景技术】
[0002]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；通过移动实孔径天线，合成孔径雷达可以在很大的视角范围内照射场景，从而极大地提高了方位分辨率。
[0003]后向投影算法(Back Project1n Algorithm, BPA),是从计算机层析成像领域引入的。该算法从合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)本质工作原理出发,对距离脉压后的数据后向投影到各成像点，然后通过相干积累得到精确聚焦的图像。该方法能够适用于合成孔径雷达SAR的任意工作模式，能够对含有运动误差的任意成像几何的合成孔径雷达SAR数据进行精确聚焦。然而后向投影算法BPA需要逐点遍历，计算量大，效率低。当图像为NXN点，孔径长度也为N时，整个成像过程需要N3次插值操作。庞大的计算量限制了该算法的实践应用。
[0004]为减少后投影算法BPA的计算量，提高算法计算效率，Yegulalp提出了一种快速后投影算法(Fast Back Project1n Algorithm, FBPA)。当分块大小取为yfR时，该算法计算量达到理论最优的0(N2.5)。相对于后向投影算法BPA，该算法计算量有所减少，但是在实际应用中，算法效率仍然不高。
[0005]Ulander等以2或4为基数，将后向投影算法BPA进一步细分，提出了快速分级后投影算法(Fast Factorized Back Project1n Algorithm,FFBPA)。当基数取 2 或4 时，快速分级后投影算法FFBPA计算量达到理论最优的O (N21og2N)。快速分级后投影算法FFBPA采用金字塔型计算结构，通过逐级二维插值实现成像。相对于后投影算法BPA和快速后投影算法FBPA，快速分级后投影算法FFBPA计算量下降，计算效率有了一定提高。然而快速分级后投影算法FFBPA仍然需要二维逐点插值，在实际应用中计算量大，计算效率不高。
[0006]以上算法中，BPA、FBPA、FFBPA在实际应用中计算量都比较大，效率不高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对上述已有算法的不足，提出一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，这种方法计算量小，效率更高，能够更好的兼顾成像效率和成像质量。
[0008]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现:
[0009]一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和米样处理；
[0011]步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压后的信号;
[0012]步骤3，对距离脉压后的信号进行方位分块操作，将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第O级子图像I。0-ι，O1), 10(r2, θ2)，…，100-?, Θ,),…，
1(1 (rN，9 N);
[0013]步骤4，对第j级子图像
【权利要求】
1.一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压后的信号；步骤3，对距离脉压后的信号进行方位分块操作，将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第 O 级子图像 ItlCr1, Q1), ItlCr2, Θ 2)，…，I。Cri, Qi),..., 10(rN, θ N)；步骤4，对第j级子图像^j 5 ^mi ^* 中相邻两个子图像进行两两分组，即将前一子图像和后一子图像分为一组;mj =
N 表示子孔径数目，Ns 为一个正整数； 步骤5，对每一组中的前一子图像?尤,)和后一子图像((LvIn,)进行几何校正，即对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移； 将每一组中的前一子图像七(、.，化,)的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(I)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量如下式(2);前一子图像!Μ'Α、)每行和每列平移后，得到平移后的前一子图像，見.);
其中，Λ Q1表示前一子图像Ii(IifisCi)每行角度维元素进行平移时的平移量，Ar1表示前一子图像LkdP每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系原点为O,'”,;后一子图像所在坐标系原点为，?υ 一子图像和后一子图像在置加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为Ο?,.,#，°?,,,.1为预设值AX1表示原点和0? 在X轴方向也就是航向的坐标差，RS为成像场景中心到全孔径中心Otl的距离，表示前一子图像，么,>所在坐标系的角度； 将每一组中的后一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(3)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量，如下式(4);后一子图像n,, λ?, >每行和每列平移后，得到平移后的后一子图像d, a--,);
其中，Λ 02表示后一子图像/#(η+--(5?Ι?,:>每行角度维元素进行平移时的平移量，Ar2表示后一子图像肩％)每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系的原点为Oiefj ?后一子图像所在坐标系的原点为01+Bt/Jl前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为°?,,,,..为预设值；AX2表示原点01+?^和0%#在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心Otl的距离，(L.,,表示后一子图像7,(ri+?,,，^umj)所在坐标系的角度； 对每组中的前一子图像和后一子图像的每行每列都进行平移，完成全部子图像的几何校正，得到几何校正后的子图像
步骤6，对每一组中经过平移之后的前一子图像/)0;? ,J和经过平移之后后一子图像((&?,,,,,)在角度维上进行上采样，然后对上采样之后前一子图像和上采样之后后一子图像进行相位校正，得到相位校正之后的前一子图像4?,)和相位校正之后的后一子图像
每组中的前一子图像和后一子图像都经过角度维上采样、相位校正后，得到相位校正后的子图像
步骤7，将每一组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像Ck.?,,#+,)进行叠加，即;每组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，即:
;在叠加之后，得到第j +1级子图像，即为
步骤8，令j增加1，重复步骤4-7，直到j =Ns-1, JV = 2#.，得到第Ns级子图像(厂，的’第Ns级子图像&仏0即为最终成像结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤: 3a)对距离脉压后的信号进行方位分块操作，即将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号，i￥ = 2AS Ns为一个正整数；同时将雷达全孔径分成N个子孔径，每个子孔径的长度为L ； 3b)以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系，即局部极坐标系，极轴垂直于雷达的航迹并指向雷达成像场景一侧； 在第i个局部极坐标系下，第i个子孔径信号表示为S1^ θ,),! = 1，2，…N，ri表示第i个局部极坐标系的极半径，也表示成像场景中任意一个点目标到第i个子孔径中心的距离，Θ i表示第i个局部极坐标系的角度； 3c)对每个子孔径信号进行后投影成像，得到第i个子孔径信号成像后子图像I Cri, Θ J，表达式如下:
其中，Si(ri，θ ,), i = 1，2，…N，表示第i个子孔径信号，A表示第i个局部极坐标系的极半径，Θ i表示第i个局部极坐标系的角度，即(ri，Θ J表示场景中任意一个点目标在第i个局部极坐标中的坐标，
为雷达信号波长，L表示子孔径长度，雷达和成像场景中任意一个点目标Cri, Θ J之间的瞬时斜距
,x为雷达在第i个局部极坐标系下的位置
3d)经过子步骤3c)得到第O级子图像ItlCr1, Q1), 10(r2, Θ 2)，…，10Cri, Θ J ,…，.10 (rN, Θ N)，i = 1，2，…N, N表示子孔径数目。
【文档编号】G01S7/40GK104076359SQ201410290022
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】孙光才, 杨泽民, 左绍山, 邢孟道, 保铮 申请人:西安电子科技大学