双站圆迹sar快速时域成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像领域，涉及一种 双站圆迹SAR(其中一个雷达站固定）的快速时域成像方法。
【背景技术】
[0002] OS-BCSAR(One-stationary Bistatic Circular SAR, 一站固定式双站圆迹 SAR) 是指具有一个运动雷达平台（或称雷达站）和一个固定雷达平台，且运动雷达沿圆周轨迹 运动的雷达系统。这种雷达系统具有安全性高，抗干扰性强，获取信息量大，以及高分辨率 成像和良好检测能力的优势，近年来引起广泛关注。但是，复杂的几何构型给0S-BCSAR的 数据处理带来了新的问题与挑战，如回波数据量大，回波方位空变性大，回波距离方位耦合 性强，以及运动雷达的圆周轨迹，这都极大地增加了 0S-BCSAR高精度成像处理的难度。
[0003] 现有的0S-BCSAR成像方法主要有时域BPA(Backprojection Approach，后向投影 方法）。时域BPA无任何近似处理，能够精确处理0S-BCSAR回波的方位空变性和距离方位 耦合性以及运动雷达的圆周轨迹，从而实现0S-BCSAR的高精度成像处理。
[0004] 但是，时域BPA具有极大的计算量，从而降低了成像效率，因此时域BPA不能成为 快速有效的SAR成像方法。如何解决适用于0S-BCSAR的快速时域成像方法正是一个亟待 解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于0S-BCSAR成像处理的快速时域成像方法，能 够在成像处理时减少计算量，提高成像效率。
[0006] 本发明的技术方案是：首先，对0S-BCSAR回波信号进行距离压缩，将运动雷达的 合成孔径划分为若干个子孔径并生成初始子图像网格；将与子孔径对应的距离压缩后的回 波信号后向投影到初始子图像网格，并相干叠加生成初始子图像；然后，通过设定循环次数 的循环递归过程，将相邻子孔径合并并生成对应的子图像网格，再将上一次循环生成的子 图像插值到本次循环生成的子图像网格，并相干叠加生成本次循环的子图像；将最后一次 循环生成的子图像插值到地面成像场景网格，并相干叠加生成0S-BCSAR图像。
[0007] 特别地，设地面成像场景包含若干个静止目标，任意静止目标位置为 4 =^,3^，i = 1，2,…，队经距离压缩后的回波信号sM(T，巾）为：
[0008]
[0009] 其中，t为快时间，B为雷达信号的带宽，f。为雷达信号的中心频率，伞G [0, 2 JT] 为运动雷达的角度变量，0>为目标Pi的散射系数，c ^为光速，P □为回波信号sM(t，小） 的包络；〃(么?>)为运动雷达在巾角度时，运动雷达与固定雷达到目标Pi的距离之和。
[0010] 设运动雷达合成孔径的实孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径 数为1，则L = 1K。在实际应用中，如果L = 1K不能成立，通常根据需求先确定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令[ =「l0g/^，可通过将L补零的方式改变L的取值，使得K= l0glL。 [0011] 第一步，子孔径划分与初始子图像生成；
[0012] 本步骤可视为第1级处理。第1级处理时，将运动雷达的合成孔径划分为L/1个 子孔径，每个子孔径包含1个实孔径点数。对第1级第n个子孔径，n = 1，2,…，L/1，采用 极坐标方式表示子图像网格，这样做的好处是在生成子图像时计算量较小，具体步骤是：设 第1级第n个初始子图像网格的网格原点为第1级第n个子孔径中心与固定雷达之间连线 的中点，第1级第n个初始子图像网格点用表示，其中，极距卩丨为网格原点到任意 地面成像场景网格点（x，y)的距离，极角€为极距K与连线（即第1级第n个子孔径中心 与固定雷达之间的连线）之间的夹角。
[0013] 然后，将第1级第n个子孔径对应的距离压缩后的回波信号后向投影到第1级第 n个初始子图像网格，并相干叠加生成第1级第n个初始子图像。
[0014] 第二步，循环递归子孔径合并和子图像生成；
[0015]本步骤可视为第k级处理，k = 2,…，K-1。第k级处理时，按照子孔径逐渐递增的 顺序，每1个相邻的第k_l级子孔径合并成一个第k级子孔径。对于第k级第q个子孔径， q = 1，2,…，L/lk，设第k级第q个子图像网格的网格原点为第k级第q个子孔径中心与固 定雷达之间连线的中点，第k级第q个子图像网格点用(?)表示，其中，极距K为网格 原点到任意地面成像场景网格点（x，y)的距离，极角％为极距 < 与连线（即第k级第q个 子孔径中心与固定雷达之间的连线）之间的夹角。
[0016] 然后，将1个第k_l级第p个子图像依次插值到第k级第q个子图像网格，p = l+(q-l)l，…，ql，并相干叠加生成第k级第q个子图像。
[0017] 第三步，全孔径合并和最终图像生成；
[0018] 本步骤可视为第K级处理。第K级处理时，首先将1个第K-1级子孔径合并成一个 第K级全孔径，然后在地面成像场景生成第K级图像网格，第K级图像网格点用（x，y)表示； 最后，将1个第K-1级子图像依次插值到第K级图像网格，并相干叠加生成第K级OS-BCSAR 图像。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] 采用子孔径和子图像处理技术，并通过极坐标方式表示子图像网格和插值方法， 在保持时域成像方法高精度的同时，极大地减少了时域成像方法的计算量，从而提高了成 像处理的效率，进而实现了 OS-BCSAR的快速高精度成像处理，获得高质量的聚焦SAR图像。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明双站圆迹SAR快速时域成像方法的流程示意图；
[0022] 图2是本发明中的雷达参数；
[0023] 图3是时域BPA成像获得的点目标成像结果；
[0024] 图4是本发明获得的点目标成像结果；
[0025] 图5是点目标聚焦性能参数对比。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步的解释。
[0027] 图1为本发明双站圆迹SAR快速时域成像方法的流程示意图。如图1所示，将 OS-BCSAR回波信号进行距离压缩后，再进行三个处理步骤：第一步，子孔径划分与初始子 图像生成；第二步，循环递归子孔径合并和子图像生成；第三步，全孔径合并和最终图像生 成。
[0028] 下面详细说明本发明采用的技术方案：
[0029] 已知OS-BCSAR发射信号中心频率为f。，带宽为B，距离分辨率为P x，方位分辨 率为Py。设笛卡尔坐标系原点为成像场景中心，三维坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴， 因为本发明只应用于地面成像场景，所以静止目标的坐标点用二维坐标表示。设地面成 像场景包含若干个静止目标，任意静止目标位置为a)，i= 1，2,…，N。 固定雷达的坐标为（xs，0，zs)。运动雷达以速度V绕Z轴做圆周运动，某时刻其坐标 为（Rxycos (巾），Rxysin (巾），zM)，Rxy和Z M分别为运动雷达圆周轨迹的半径与高度， 伞e [0,2jt]为运动雷达的角度变量。运动雷达的初始位置为（Rxy，〇，zM)。经距离压缩后 的回波信号s M(t，巾）为：
[0030]
[0031] 其中，t为快时间，0>为目标Pi的散射系数，c ^为光速，p M□为回波信号 stc(t, (}))的包络；价么*'/;)为运动雷达在（})角度时，运动雷达与固定雷达到目的距 离之和，即：
[0032]
[0033] 设运动雷达合成孔径的实孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径 数为1，则L = 1K。在实际应用中，如果L = 1K不能成立，通常根据需求先确定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令尤=「l〇g，]，可通过将L补零的方式改变L的取值，使得K= l〇glL。
[0034] 第一步，子孔径划分与初始子图像生成；
[0035] 本步骤可视为第1级处理。第1级处理时，将运动雷达的合成孔径划分为L/1个 子孔径，每个子孔径包含1个实孔径点数。对第1级第n个子孔径，n = 1，2,…，L/1，采用 极坐标方式表示子图像网格，这样做的好处是在生成子图像时计算量较小，具体步骤是：设 第1级第n个初始子图像网格的网格原点为第1级第n个子孔径中心与固定雷达之间连线 的中点，第1级第n个初始子图像网格