距 离向快时间采样点数，记做K ;雷达方位向慢时间采样点数，记做M ;上述参数均为圆周SAR 系统标准参数，其中雷达平台初始位置矢量Ptl和平台初始速度矢量V在圆周SAR观测方案 设计中已经确定；雷达发射电磁波的载频f。，雷达发射电磁波的带宽4，雷达平台的方位角 Θ，雷达平台的俯仰角P，雷达距离向快时间采样点数K，雷达方位向慢时间采样点数M在 圆周SAR系统设计过程中已经确定；根据传统的圆周SAR成像系统方案和圆周SAR观测方 案，圆周SAR成像方法需要的初始化成像系统参数均为已知；圆周SAR在第k个距离向快 时刻和第m个方位向慢时刻的回波数据，记做S(k, m)，k = 1，2,…，K，m = 1，2,…，M ;圆周 SAR全孔径回波数据矩阵，记做S，S为K行M列矩阵；在圆周SAR数据进行成像之前，回波 数据S (k，m)和圆周SAR全孔径回波数据矩阵S均为已知； 步骤2、初始化圆周SAR观测场景参数 初始化圆周SAR的观测场景参数，包括：以雷达波束照射区域地平面和垂直于该地平 面向上的单位向量所构成的三维空间直角坐标作为圆周SAR的观测场景空间，记为Ω ;将 观测场景空间Ω均匀划分成大小相等的立体单元格，也称为分辨单元，单元网格在水平横 向、水平纵向和高度向边长分别记为d x、dy、dz，观测场景空间Ω水平横向、水平纵向和高度 向的分辨单元总数分别记为N x、Ny、Nz;观测场景目标空间Ω中第η个单元格的坐标矢量， 记做D n，η表示观测场景目标空间Ω中第η个单元格，η为正整数，η = 1，2,…，N，N为观 测场景目标空间Ω中的单元格总数，且N = Nx X Ny X Nz; 步骤3、全孔径回波数据划分成子孔径回波数据 将圆周SAR全孔径回波数据矩阵S在方位向上划分成I个子孔径回波数据矩阵，I为 正整数，每个子孔径回波数据矩阵，记为民，i为正整数，i = 1，2，···，Ι，圆周SAR全孔径 回波数据矩阵可以表示为S = 其中S为步骤1中得到的圆周SAR全孔径回波 数据矩阵； 步骤4、计算子孔径回波数据后向投影累积函数矩阵 采用传统的后向投影算法，求得步骤3中的第i个子孔径回波数据的后向投影积累 函数矩阵，记做Bi, i为正整数，i = 1，2, ···，〗，矩阵&的维数为N行、L列；其中N为步骤 2中得到的观测场景目标空间Ω中的单元格总数，L为步骤3中第i个子孔径回波数据矩 阵民的方位向慢时刻个数； 步骤5、选择观测空间中的强散射单元 设定圆周SAR观测场景目标空间Ω中强散射单元的幅度阀值，记为ε ;采用公式W = Bi ·込计算得到圆周SAR观测场景散射系数的后向投影成像矩阵，记为W，W为N行、1列矩 阵，矩阵W的第η个元素记为Wn，η = 1，2,…，N，其中Bi为步骤4得到的第i个子孔径回波 数据M勺后向投影积累基函数矩阵，N为步骤2中得到的观测场景目标空间Ω中的单元格 总数；矩阵k为L行、1列的向量，并且矩阵U中所有元素都为1 ; 采用公式a = {n| |Wn|彡ε · max(|W|), η = 1，2,…，N}，计算得到观测场景目标空 间Ω中强散射单元所在的序号向量，记为α，向量α的第c个元素记为α。;其中c为自 然数，c = 1，2, ···，〇, Q为向量α中元素的总个数，Wn为矩阵W的第η个元素 ，I · I表示为 取绝对值运算符号，n| |Wn|彡ε ^max(IWl)表示满足条件|Wn|彡ε ^max(IWl)所对应的 序号n，max(·)表示为取最大值运算符号，N为步骤2中得到的观测场景目标空间Ω中的 单元格总数； 矩阵Bi可以表示为BffB〗 BLB^t，其中Bil Bi2 ... Bffl为矩阵B篇1，2,…，N行 行向量，向量Bil Bi2 ... Bffl维数大小均为1行L列，N为步骤2中得到的观测场景目标空 间Ω中的单元格总数，L为步骤3中第i个子孔径回波数据矩阵^的方位向慢时刻个数，T 为转置运算符；在矩阵&中，选择序号向量α=[αια2... aQ]中元素值所对应的行向 量Bmi Bm2…ΒΜβ组成矩阵[B; 其中T为转置运算符；矩阵[BL1 BL2JLfJ 为观测场景目标空间Ω中强散射单元的后向投影积累基函数矩阵，记为BSi,矩阵851的维 数大小为Q行、L列；其中Q为向量α中元素的总个数，L为步骤3中第i个子孔径回波数 据矩阵民的方位向慢时刻个数，Bi为步骤4得到的第i个子孔径回波数据矩阵§,的后向投 影积累基函数矩阵； 步骤6、对强散射单元做基于图像锐度最大化的后向投影自聚焦处理 采用传统的基于图像锐度最大化的后向投影自聚焦算法，对步骤5中计算出的观测场 景目标空间Ω中强散射单元的后向投影积累基函数矩阵后向投影自聚焦处理，得到 第i个子孔径回波数据的相位误差向量Φρ巾 1是维数为1行、L列的向量，i = 1，2,…，I ; 其中L为步骤3中第i个子孔径回波数据矩阵的方位向慢时刻个数，BSi为步骤5中得 到的强散射单元的后向投影积累基函数矩阵； 步骤7、计算每个子孔径回波数据相位误差向量 重复执行步骤4到步骤6,计算得到所有子孔径回波数据的相位误差向量 Φ" Φ2?…，Φρ i = 1，2, ···，I ; 步骤8、计算全孔径回波数据相位误差向量 全孔径回波数据误差向量为所有子孔径回波数据的误差向量按序号大小组成的矩阵 R1 Φ2··. Φτ]，记做Φ，Φ为1行、M列矩阵，其中M为步骤1中圆周SAR全孔径回波 数据矩阵S的方位向慢时刻个数； 步骤9、圆周SAR后向投影成像 采用传统的后向投影算法，得到圆周SAR全孔径回波数据矩阵S的后向投影积累函数 矩阵，记做Β，矩阵B的维数为N行M列，其中S为步骤1中圆周SAR全孔径回波数据矩阵， N为步骤2中得到的观测场景目标空间Ω中的单元格总数，M为步骤1中圆周SAR全孔径 回波数据矩阵S的方位向慢时刻个数； 用公式Ψ = θχρΗΦ)计算得到全孔径回波数据相位误差指数补偿向量，记为Ψ，向 量Ψ是维数大小为IXM的行向量，其中Φ为步骤8得到的全孔径回波数据相位误差向量， exp(·)为自然常数e为底的指数运算符号； 用公式A = B · Ψτ计算得到圆周SAR观测场景后向投影成像结果，其中B为步骤9得 到的圆周SAR全孔径回波数据S的后向投影积累基函数矩阵，Ψτ为相位误差指数补偿向 量Ψ的转置，T为转置运算符。
【专利摘要】本发明公开了一种基于子孔径合成的圆周SAR后向投影自聚焦方法，它是通过将圆周SAR全孔径回波数据划分成子孔径回波数据，在观测场景中选取强散射单元进行基于图像锐度最大化的后向投影自聚焦处理估计每个子孔径回波数据的相位误差，然后将所有子孔径回波数据的相位误差合成为圆周SAR全孔径回波数据相位误差，最后将求解出的圆周SAR全孔径回波数据相位误差进行精确的圆周SAR后向投影成像。本发明方法与现有的圆周SAR后向投影自聚焦算法相比，具有成像精度高和速度快的特点，适用于圆周SAR大场景实测数据的处理。
【IPC分类】G01S13-90
【公开号】CN104730520
【申请号】CN201510141020
【发明人】张晓玲, 张博军, 韦顺军, 胡克彬
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月27日