专利名称：用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种合成孔径雷达的信号处理方法，更特别地说，是指一种用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法。
背景技术：
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)系统是一种有源的遥感设备,它主动向目标发射电磁波，利用目标散射特性作用下接收到回波信号进行成像。星载合成孔径雷达是一个非常复杂的系统，系统参数众多且相互关联、相互制约。在距离向，雷达发射线性调频信号，经过对回波信号进行脉冲压缩，从而得到较高的距离向分辨率；在方位向，通过卫星的雷达平台在前进过程波束与目标相对位置的变化，形成等效线性阵列天线，从而提高了方位分辨率。
影响星载SAR的图像质量的关键因素之一就是方位模糊性问题。这与星载SAR的脉冲工作方式有关，其脉冲重复频率(Pulse Repetitive Frequency, PRF)的选择与方位模糊紧密相关。由于多普勒效应，SAR所收到的回波沿方位向可以等效为一个线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号，并且这个LFM信号是离散的,抽样频率为PRF。方位向LFM信号是被方位向的天线方向图加权的，但是天线方向图都存在着旁瓣且处于较高频段上。1999年10月哈尔滨工业大学出版社出版、刘永坦编著的《雷达成像技术》指出，合成孔径雷达(SAR, Synthetic Aperture Radar)安装在运动平台上,按照一定的重复频率发射、接收脉冲，形成回波信号。SAR系统的结构框图如图I所示，SAR系统包括有星上雷达系统、卫星平台及数据下传系统和地面系统三部分，对合成孔径雷达成像处理是在地面系统中完成的。地面系统通过地面接收站接收卫星平台及数据下传系统下发的回波信号，该回波信号经SAR信号处理器进行成像处理，获得SAR图像；所述SAR图像存储于备档操作系统中。2001 年第49卷〈〈IEEE Transaction on Antennas and Propagation〉〉XuXiaojian、Narayanan R. M.发表的〈〈〈〈Range sidelobe suppression technique for coherent ultrawide-band random noise radar imaging》指出，SAR信号处理器对回波信号分别沿距离向和方位向进行匹配滤波，获取成像结果。由于成像过程中二维频域的支撑域有限，使得合成孔径雷达的冲激响应在距离向和方位向上均为辛格函数，其包络具有逐渐递减的旁瓣。这种现象的存在使得在成像结果中后向散射强度较弱的目标被淹没在相邻强散射目标的旁瓣中，降低了合成孔径雷达系统对多个相邻目标的分辨能力。1989年11月科学出版社出版、张澄波编著的《综合孔径雷达原理、系统分析与应用》中介绍了基于幅度加权的旁瓣抑制方法。该方法能够在一定程度上压低旁瓣电平，但会导致成像分辨率变差和信噪比降低。2009年第7期《信号处理》王建、周智敏、宋千等发表的《SAR图像二维旁瓣自适应抑制技术》提出了空变切趾滤波技术，采用非线性方法得到较低的旁瓣电平。该方法对强点目标的旁瓣抑制效果显著，但是不适用于弱目标，并且运算量较大。最小二乘法(least square method)是一种数学优化技术,它通过最小化误差的平方寻找数据的最佳函数匹配。2006年9月科学出版社出版、魏木生编著的《广义最小二乘问题理论和计算》中给出了线性最小二乘法概念，当给定的矩阵J e 啡奇异，则对任何向量JeCw和xeCH ,线性方程组Ax = y总有唯一解X = Α_\，其中表示所有mX I复元素矩阵的实体，CT和4T分别表示所有m、η个复元素向量的实体。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法，该方法首先将合成孔径雷达获取的二维回波信号排列为一维数据，然后确定成像平面区域位置，构造成像平面对应的测量矩阵，最后采用线性最小二乘方法，结合测量矩阵对一维回波数据进行处理，从而实现了合成孔径雷达成像结果的全向旁瓣抑制，显著降低了能量泄漏。
本发明是基于现有的SAR信号处理器对接收到的回波信号进行全向旁瓣抑制，具体的全向旁瓣抑制方法包括有下列处理步骤第一步回波信号的二维转一维第二步成像区域划分第三步构建观测向量第四步观测向量构建第五步构建成像区域对应的观测矩阵第六步获取成像区域散射系数第七步向量矩阵转换在本发明中，经SAR信号处理器采用全向旁瓣抑制处理后的图像，应用的图像
PP
评价参数包括有方位向能量泄漏比= -JT、距离向能量泄漏比f和二维能量泄漏比
apIp
P
J￠1
** _O
P
Vp在合成孔径雷达旁瓣抑制处理中，应用本发明的方法具有如下优点①将回波信号由二维排列为一维，构建成像区域对应的观测矩阵，采用线性最小二乘法进行处理，消弱了合成孔径雷达沿方位向、距离向以及交叉向的旁瓣。②与基于幅度加权的旁瓣抑制方法相比，本发明在抑制旁瓣的同时，不会引起合成孔径雷达空间分辨率的损失。③与空变切趾滤波技术相比，本发明对目标的散射强度没有特殊要求，适用于各种类型的成像区域。
图I是传统SAR系统的结构框图。图IA是本发明全向旁瓣抑制方法的处理流程图。图2是BP成像方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化三维图像。图3是本发明方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化三维图像。
图4是BP成像方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化的方位向剖面图。
图5是BP成像方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化的距离向剖面图。图6是本发明方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化的方位向剖面图。图7是本发明方法对点目标回波信号处理后得到幅值归一化的距离向剖面图。
具体实施例方式下面将结合附图和仿真实例对本发明做进一步的详细说明。参见图IA所示，本发明是基于现有的SAR信号处理器对接收到的回波信号进行全向旁瓣抑制，具体的全向旁瓣抑制方法包括有下列处理步骤第一步回波信号的二维转一维由于SAR信号处理器接到的回波数据是以二维矩阵进行排列的，为了实现对回波数据形成的成像区域进行处理，本发明采用对二维回波数据进行一维回波数据
Θ&的重新排列。在本发明中，合成孔径雷达的二维回波数据采用矩阵形式表示为
权利要求
1.一种用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法，其特征在于是基于现有的SAR信号处理器对接收到的回波信号进行全向旁瓣抑制，具体的全向旁瓣抑制方法包括有下列处理步骤 第一步回波信号的二维转一维 在SAR信号处理器中将合成孔径雷达的二维回波数据E二 ftΘS重新排列为一维回波数iS E 一维回波； 所述的二维回波数据E二纟f @ μ釆用矩阵形式表示为
2.根据权利要求I所述的用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法，其特征在于SAR信号处理器采用全向旁瓣抑制处理后的图像，应用的图像评价参数包括有方位向 能量泄漏比
全文摘要
本发明公开了一种用于合成孔径雷达成像处理的全向旁瓣抑制方法，该方法首先将合成孔径雷达获取的二维回波信号排列为一维数据，然后确定成像平面区域位置，构造成像平面对应的测量矩阵，最后采用线性最小二乘方法，结合测量矩阵对一维回波数据进行处理，从而实现了合成孔径雷达成像结果的全向旁瓣抑制，显著降低了能量泄漏。从而使得处理后的星载回波数据的成像结果的能量泄露最小，进而达到抑制旁瓣的目的。本发明对目标散射强度没有特殊要求，可以对任意场景目标进行成像处理，适用范围广泛。
文档编号G01S7/41GK102721965SQ20121018986
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者于泽, 刘敏, 李春升, 肖鹏 申请人:北京航空航天大学