专利名称：一种流结构非匀速直线运动合成孔径雷达成像方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，它特别涉及了合成孔径雷达成像技术领域。
背景技术：
高精度成像处理方法是合成孔径雷达研究领域的重要问题之一，高精度合成孔径雷达图像对于提高SAR干涉相位提取精度、图像识别精度，以及扩展合成孔径雷达应用范围具有重要意义。根据本发明人了解以及已发表的文献，例如:文献:H.Cantal1ube;P.Dubois-Fernandez, “Airborne X-band SAR imaging withlOcm resolution:technicalchallenge and preliminary results，，，IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation, vol.153, Issue:2, pp.163-176, 2006,和文献 WeiXian Tan;DaoJing Li;ffenHong, “Airborne Spotlight SAR Imaging with Super High Resolution based onBack-Projection and Autofocus Algorithm，，，IEEE International Geoscience andRemote Sensing Symposium(IGARSS), 2008, vol.4, pp.1300-1303,后向投影算法由于其成像精度高、运动补偿效果好，成为高精度合成孔径雷达成像处理的重要方法之一，但同时也存在运算量大的问题。为了克服后向投影算法运算量大的问题，满足实际合成孔径雷达数据处理的需要，目前一般可以采用FPGA或GPU等并行技术提高处理效率。在对实际合成孔径雷达数据进行成像时，需要处理的数据量很大，目前的FPGA和GPU平台的内存无法满足SAR实际成像处理应用的要求，影响了后向投影算法在实际中的应用。
发明内容
为了克服后向投影算法在FPGA和GPU平台上内存消耗量大的缺点，本发明提出了一种流结构非匀速直线运动合成孔径雷达成像方法。该方法通过对传统后向投影算法进行流结构改进，使得成像处理过程的内存消耗量与合成孔径雷达图像的方位向长度无关，从而保证了该算法在FPGA和GPU等高速并行平台上处理大批量数据的可能性，并且能够实现非匀速直线运动误差补偿。为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义:定义1、合成孔径雷达斜视偏移合成孔径雷达斜视偏移是指由于合成孔径雷达天线波束方向与天线运动方向不垂直而导致的地面波束照射区域中心运动方向分量与合成孔径雷达天线相位中心运动方向分量之间的偏移。假设合成孔径雷达斜视角为Θ，雷达到目标的距离为R，则斜视偏移可计算为:Dispsq=RX tan ( θ )。定义2、二维图像空间二维图像空间是指合成孔径雷达图像所在的平面，一般是由合成孔径雷达波束视线方向和合成孔径雷达运动方向确定的平面，也可以是地平面、海平面等，本发明中以合成孔径雷达运动方向作为二维图像空间的y轴方向。
定义3、合成孔径雷达原始数据文件合成孔径雷达原始数据文件是指合成孔径雷达工作过程中，用来记录原始回波数据以及相关辅助信息，如脉冲重复周期序号，的文件。在已知合成孔径雷达原始数据文件名称和所需读取的脉冲重复周期序号时，可以从合成孔径雷达原始数据文件中获得该脉冲重复周期序号对应时刻合成孔径雷达所采集到的回波数据。定义4、合成孔径雷达天线相位中心数据文件合成孔径雷达天线相位中心数据文件是指合成孔径雷达工作过程中，用来记录各脉冲重复周期序号时刻天线相位中心位置以及相关辅助信息，如脉冲重复周期序号，的文件。在已知合成孔径雷达天线相位中心数据文件名称和所需读取的脉冲重复周期序号时，可以从合成孔径雷达天线相位中心数据文件中获得该脉冲重复周期序号对应时刻合成孔径雷达天线相位中心位置。定义5、标准的合成孔径雷达距离压缩和插值方法标准的合成孔径雷达距离压缩是指采用线性调频信号脉冲压缩方法进行的合成孔径雷达距离压缩，标准的合成孔径雷达距离向插值方法是指采用频域补零方法进行的sine插值处理。在实际处理中，距离压缩和插值经常作为同一个步骤出现，称为标准的合成孔径雷达距离压缩和插值方法。详细内容可参考文献:Ian G.Cumming等著，洪文等译.合成孔径雷达成像——算 法与实现.北京:电子工业出版社，2007。定义6、外部存储设备外部存储设备是指相对内存而言，具有庞大存储空间，但访问速度较慢的存储介质，如硬盘等。定义7、循环访问准则循环访问准则是指访问具有循环数据结构的连续数据段时应遵守的规则。当需要访问循环数据结构地址从a到b (a < b)的数据段时，首先需要对地址a和b进行取模运算,得到a’ =mod(a, Μ)和b’ =mod(b, M),其中，mod( σ , M)表示对变量σ取模M的操作。如果b’ > a’，则访问a’到b’的数据段；如果b’〈a’，则访问a’到M_1的数据段，并访问O到b’的数据段。定义8、标准的已知两点位置计算距离公式假设第一个点的坐标为(XpypZ1),第二个点的坐标为(x2，y2，z2)，贝U两点之间的距离R为:R = ^(.T1 -X2)2 + (V1 -y2)2 +(r, -Z2)2定义9、计算机内存内存是指用于暂时存放中央处理器中的运算数据以及与硬盘等外部存储器进行数据交换的设备，通过在内存中分配一定的空间，可以创建各种类型的变量，如整型变量、浮点型变量等。详细内容可参考文献:严云洋编计算机组成原理北京:科学出版社，2011。本发明提供了一种流结构非匀速直线运动合成孔径雷达成像方法，它包括以下几个步骤:步骤1、初始化成像处理参数为了实现合成孔径雷达成像处理，成像系统需提供如下初始化参数，包括:工作波长，记作λ ;发射信号时宽,记作Tpuls ;接收机米样频率,记作fs ;接收波门延迟，记作TDelay ；距离向采样点数，记作队；合成孔径雷达天线相位中心数据文件所包含的脉冲重复周期数目，记作NAzi，成像系统距离向理论分辨率，记作P r ;成像系统方位向理论分辨率，记作P a ；合成孔径雷达斜视偏移，记作Dispsq ;合成孔径长度，记作Lap ;距离向插值倍数，记作k，k为自然数；成像区域起始位置X方向分量，记作Xtl ;成像区域起始位置y方向分量，记作10 ;成像区域起始位置z方向分量，记作Ztl ;成像区域宽度，记作Lx ;成像区域长度，记作Ly ;批处理长度，记作Batch，Batch为自然数；子图像长度，记作Lsub ;合成孔径雷达原始数据文件名称；合成孔径雷达天线相位中心数据文件名称。步骤2、确定孔径缓存尺寸根据步骤I已知的成像系统距离向理论分辨率P r，利用公式intx=0.5X P ρ计算成像区域像素X方向间隔，记作intx ;根据步骤I已知的成像系统方位向理论分辨率P a，利用公式inty=0.5X P a，计算成像区域像素y方向间隔，记作inty。根据步骤I已知的合成孔径长度Lap，利用公式
权利要求
1.步骤1、初始化成像处理参数 为了实现合成孔径雷达成像处理，成像系统需提供如下初始化参数，包括:工作波长，记作λ ;发射信号时宽，记作Tpuls ;接收机米样频率,记作fs ;接收波门延迟，记作TDelay ;距离向采样点数，记作队；合成孔径雷达天线相位中心数据文件所包含的脉冲重复周期数目，记作NAzi，成像系统距离向理论分辨率，记作P r ;成像系统方位向理论分辨率，记作P a ;合成孔径雷达斜视偏移，记作Dispsq ;合成孔径长度，记作Lap ;距离向插值倍数，记作k，k为自然数；成像区域起始位置X方向分量，记作Xtl ;成像区域起始位置y方向分量，记作10 ;成像区域起始位置z方向分量，记作Ztl ;成像区域宽度，记作Lx ;成像区域长度，记作Ly ;批处理长度，记作Batch，Batch为自然数；子图像长度，记作Lsub ;合成孔径雷达原始数据文件名称；合成孔径雷达天线相位中心数据文件名称； 步骤2、确定孔径缓存尺寸 根据步骤I已知的成像系统距离向理论分辨率P r，利用公式intx=0.5X P r，计算成像区域像素X方向间隔，记作intx ;根据步骤I已知的成像系统方位向理论分辨率P a，利用公式inty=0.5X P a，计算成像区域像素y方向间隔，记作inty ;根据步骤I已知的合成孔径长度Lap，利用公式
全文摘要
本发明提出了一种流结构非匀速直线运动合成孔径雷达成像方法，它是通过采用循环缓冲数据结构，将传统后向投影算法逐像素匹配的工作模式改进为合成孔径滑窗投影的工作模式，使得在任意时刻处理系统需要存储于内存中的数据量与所处理场景的方位向长度无关，解决实际合成孔径雷达成像处理过程中内存消耗量大的问题；通过天线相位中心轨迹代替传统成像处理中的平台平均速度，实现对非匀速直线运动合成孔径雷达的高精度成像处理。本发明可用于各种工作模式机载合成孔径雷达数据实时或线下成像处理。
文档编号G01S13/90GK103197315SQ20131009463
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者师君, 张晓玲, 马龙 申请人:电子科技大学