专利名称：一种合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法
技术领域：
本发明属于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像技术领域，特别是涉及利用勒让德(Legendre)正交多项式、对合成孔径雷达非线性调频变标(Nonlinear Chirp Scaling, NCS)方法中的二维频域信号进行三阶展开的成像处理方法。
背景技术：
合成孔径雷达是一种具有高分辨率的成像雷达，其原理是通过平台的运动来形成一个等效的天线孔径，从而获得较高的方位向分辨率；通过发射宽带信号来获得高的距离向分辨率。与光学传感器相比，SAR具有全天时、全天候的工作能力，目前已广泛地应用于地球遥感，海洋研究、资源勘探、灾情预报和军事侦察等领域。SAR成像的基本原理是通过对回波信号的距离向匹配滤波，完成距离向信号的脉冲压缩，然后进行方位向匹配滤波得到聚焦的SAR图像。常见的成像处理方法包括距离-多普勒(Range-DopplenR-D)成像方法，线性调频变标(Chirp Scaling, CS)成像方法、波数域成像方法及非线性调频变标等成像处理的方法。R-D成像处理方法由于效率高而被广泛应用，但对有一定斜视角处理变得复杂甚至无效；波数域成像处理方法较为精确，且能适应大的斜视角及距离徙动(Range Cell Migration)较大的情况，但是由于成像处理过程中需要插值处理，引起计算量的增加和成像精度的下降；线性调频变标的成像处理方法不需要插值处理，仅通过复乘和快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)就可以实现成像处理，且成像精度较高，但传统的线性调频变标成像处理方法无法实现较大斜视角的聚焦成像。NCS成像处理方法由于考虑了随距离线性变化的二次距离压缩，因此可以适用于较大的斜视角，是对较大斜视角成像的一种较理想的SAR成像处理方法。在NCS成像方法的处理过程中，一股对回波信号的二维频域信号进行泰勒(Taylor)多项式三阶展开，在展开过程中采用了近似处理，相位误差较大，成像精度不高；若想提高成像的处理精度及在大斜视角下对目标进行成像，必须将回波信号的二维频域信号进行四阶或者高于四阶的泰勒多项式展开，此时虽然可以达到成像的精度要求，但却存在成像处理方法复杂、成像的效率及精度低等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，改进设计一种合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，采用基于勒让德正交多项式三阶展开的高分辨率SAR非线性调频变标处理、以达到在有效提高成像处理的精度及满足大斜视角成像要求的前提下，降低成像处理的复杂度、提高成像处理的效率等目的。本发明的解决方案是首先对雷达接收到的回波信号分别进行距离向和方位向的快速傅立叶变换、将回波信号变换到二维频域信号，并将其在勒让德正交多项式下进行三阶展开；然后通过非线性调频函数与经傅里叶变换所得回波信号的二维频域表达式相乘，以完成对回波信号二维频域信号表达式中三次相位项的滤波处理；再将滤波处理后的信号变换到多普勒频域-距离时间域，并通过非线性调频变标函数与该多普勒频域-距离时间域的信号相乘，以完成非线性调频变标处理；然后将非线性调频变标处理后的信号沿距离向作傅里叶变换、得到经非线性调频变标处理后的二维频域信号，并通过距离向参考函数与其相乘，以完成距离压缩和距离徙动校正；再将经距离压缩和距离徙动校正后的信号变换到多普勒频域-距离时间域，并通过方位向参考函数与该距离时间域-多普勒频域的信号相乘，以完成方位压缩和残余相位补偿；最后将经方位压缩和残余相位补偿后的信号沿方位向作傅立叶逆变换，从而完成对目标的成像处理。因而，本发明方法包括A. 二维频域展开将接收到的回波信号分别通过距离向和方位向傅立叶变换、变换到二维频域，并将所得回波信号的二维频域信号通过勒让德正交多项式进行三阶展开， 以完成对回波信号的方 位向和距离向的解耦合处理；B.滤波处理将经步骤A所得解耦合处理后的信号与非线性调频函数相乘、对步骤A所得信号的三次相位项进行滤波处理，以消除三次相位项对成像的影响；C.非线性调频变标将步骤B所得信号通过距离向傅立叶逆变换(Inverse Fourier Transform)、变换到多普勒频域-距离时间域，然后将该多普勒频域-距离时间域的信号与非线性调频变标函数相乘进行非线性调频变标处理；D.距离压缩及距离徙动校正将经步骤C所得信号通过距离向傅立叶变换、变换到二维频域；然后将该二维频域信号与距离向参考函数相乘进行距离压缩及距离徙动校正处理；E.剩余相位补偿及方位压缩将步骤D所得信号通过距离向傅立叶逆变换、变换到距离时间域-多普勒频域；接着将该距离时间域-多普勒频域的信号与方位向参考函数相乘，完成方位压缩和剩余相位补偿处理；最后对方位压缩和剩余相位补偿后的信号作方位向傅立叶逆变换、从而完成对目标的成像处理。本发明所述对回波信号的二维频域信号进行勒让德正交多项式的三阶展开处理， 采用的展开式为
权利要求
1.一种合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，包括A.二维频域展开将接收到的回波信号分别通过距离向和方位向傅立叶变换、变换到二维频域，并将所得回波信号的二维频域信号通过勒让德正交多项式进行三阶展开，以完成对回波信号的方位向和距离向的解耦合处理；B.滤波处理将经步骤A所得解耦合处理后的信号与非线性调频函数相乘、对步骤A 所得信号的三次相位项进行滤波处理，以消除三次相位项对成像的影响；C.非线性调频变标将步骤B所得信号通过距离向傅立叶逆变换、变换到多普勒频域-距离时间域，然后将该多普勒频域-距离时间域的信号与非线性调频变标函数相乘进行非线性调频变标处理；D.距离压缩及距离徙动校正将经步骤C所得信号通过距离向傅立叶变换、变换到二维频域；然后将该二维频域信号与距离向参考函数相乘进行距离压缩及距离徙动校正处理；E.剩余相位补偿及方位压缩将步骤D所得信号通过距离向傅立叶逆变换、变换到距离时间域-多普勒频域；接着将该距离时间域-多普勒频域的信号与方位向参考函数相乘， 完成方位压缩和剩余相位补偿处理；最后对方位压缩和剩余相位补偿后的信号作方位向傅立叶逆变换、从而完成对目标的成像处理。
2.按权利要求1所述合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，其特征在于所述对回波信号的二维频域信号进行勒让德正交多项式的三阶展开处理，采用的展开式为式中Φ (f\，fn)为待展开回波信号的二维频谱表达式，f\为距离向频率，fn为方位向频率，Rb为合成孔径中心时刻雷达到目标的距离，λ为雷达发射信号波长，a0(fn), ai(fn),a2(fn),a3(fn)分别为勒让德多项式展开的零次项、一次项、二次项和三次项系数。
3.按权利要求1所述合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，其特征在于所述对经步骤A所得信号的三次相位项进行滤波处理，滤波处理通过
4.按权利要求1所述合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，其特征在于所述非线性调频变标处理，处理方法经下式进行S2Ya( τ , f η) = S2Y( τ , f η)Η2( τ , f η)其中，S2Ya(T，fn)为经非线性调频变标处理后的信号，S2Y(x，f\)为S2Y(f\，f\)沿距离向进行傅立叶逆变换得到的信号，Η2( τ，fn)为非线性调频变标函数。
5.按权利要求1所述合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，其特征在于所述进行距离压缩及距离徙动校正处理，处理方法通过下式进行SyR (f τ ， f ri) —(f τ ， f η^ (f τ ‘ f η ^其中，^(f\，f\)为经距离压缩及距离徙动校正后的信号，Sm(f\，f\)为&Ya(T，fJ 沿距离向进行傅立叶变换得到的信号，H3(f\，f\)为距离向参考函数。
6.按权利要求1所述合成孔径雷达非线性调频变标的成像方法，其特征在于所述剩余相位补偿及方位压缩处理，处理方法通过下式进行
全文摘要
该发明属于合成孔径雷达成像技术中的非线性调频变标的成像方法，包括二维频域展开，滤波处理，非线性调频变标，距离压缩及距离徙动校正，以及剩余相位补偿及方位压缩。该发明利用勒让德多项式具有正交性及平方误差最小的特性，对所得回波信号的二维频域信号按照勒让德正交多项式进行三阶展开，然后通过对回波信号二维频域表达式中的三次相位项进行滤波处理等、完成对目标的聚焦成像。采用该发明方法在相同条件下最大相位误差不到背景技术最大相位误差的千分之二，从而为大斜视角条件下的高精度成像提供了保障；因而本发明具有可有效降低成像过程中的相位误差、实现了大斜视角的成像处理，且成像的效果好、成像处理的效率及精度高等特点。
文档编号G01S13/90GK102288961SQ20111018959
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者周宝亮, 孙峥, 常俊飞, 张顺生 申请人:电子科技大学