一种基于pfa算法的正前视双基sar成像处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理领域，特别涉及一种基于PFA(PolarFormatAlgorithm)算 法的正前视双基SAR(SyntheticApertureRadar)成像处理方法。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（SAR)是一种先进的天基彳目息获取的有效载荷，是获取彳目息的一种 重要手段。相比光学传感器，合成孔径雷达（SAR)能克服云雾雨雪和夜暗条件的限制对地 面目标成像，实现全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测，在海洋观测、精细农业、环境 保护、灾害监测、资源勘查、地质测绘、政府公共决策等方面有着广泛的应用。许多情况下， 能够起到其它空间遥感手段无法替代的作用。
[0003] 然而，传统的单基地机载SAR用于军事侦察时，几乎没有隐蔽性可言，同时，单基 地SAR在正前视的情况下，由于多普勒调频率为零，导致目标在整个合成孔径时间内的带 宽为零，从而使得单基地SAR无法对正前方的目标进行成像。双基SAR作为多平台SAR中 的一种，几何构型非常灵活，由于收发平台的分置，它的距离分辨率和多普勒分辨率的大小 和方向由收发双方共同决定，因此可以通过合理设置双基构型，使得某一平台前视时，距离 分辨率方向和多普勒分辨率方向仍存在夹角（即仍能构成一个二维分辨单元），从而可实 现前视二维成像。
[0004] 但是，正前视双基SAR的成像处理与传统的单基SAR模式有着很多的不同，由于双 基SAR回波距离历程由收发天线与目标的相对运动共同决定，其距离历程较单站SAR复杂， 单基地SAR的经典频域算法或混合域算法均无法适用于双基SAR的成像，同时，正前视双基 SAR回波还具有二维空变性，给成像处理带来了更大的难度，因此，如何合理、高效、精确的 对正前视双基SAR的回波数据进行成像处理，显得尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决上述问题，针对正前视双基SAR回波数据量具有较强的 二维空变性等特点，基于传统的单基地SAR的PFA成像算法，提出了一种正前视双基SAR成 像处理方法。
[0006] 一种基于PFA算法的正前视双基SAR成像处理方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：读入正前视双基SAR模式回波仿真数据S(T，t;RS)以及相应的成像参 数，其中，T为快时间、t为慢时间、Rs为发射平台和接收平台到目标的距离和，具体包括： 方位向采样点数Na，距离向采样点数队，信号采样率f。，信号带宽Bw，脉冲宽度Tp，脉冲重复 频率PRF，零时刻发射平台的位置T(xt，yt，zt)和接收平台的位置R(\，^，％)，参考点P的位 置（x。，y。，0)，发射平台速度，接收平台速度,信号波长A，光速c，合成孔径时间Tsyn;
[0008]步骤二：对回波仿真数据S(T，t;r)在场景中心点进行时域的完全距离徙动补 偿，即解线频调（Dechirp)处理，得到解线频调后的信号S'（T，t;r);
[0009] 步骤三：将解线频调后的回波仿真数据S'（i，t;r)在方位向进行去斜处理 (RVP)，得到去斜处理后的信号Srl (T，t;r);
[0010]步骤四：设定正前视双基SAR的成像坐标系，将去斜处理后的回波信号S1^T，t; r)进行坐标转换并离散化，得到离散后的信号Srt(i，m)，其中i表示距离向采样点序列，m 表示方位向采样点序列；
[0011] 步骤五：将离散化后的信号srf(i，m)利用Sinc插值依次进行距离向插值和方位向 插值，得到二维插值后的信号Srt(i，m);
[0012] 步骤六：将经过二维插值解耦后的信号一^⑴!!!）进行二维Fourier变换，得到聚焦 后的信号Srt(i'，m'）。
[0013] 本发明的优点在于：
[0014] (1)本发明通过对场景中心点进行二维去斜处理，并在处理过程中近似认为微波 传输满足远场条件，即波前近似为平面，可以对系统的运动误差具有较好的抵制能力。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的方法流程图。
[0016] 图2是本发明所设定的成像坐标系。
[0017] 图3是本发明步骤五中距离向插值效果示意图。
[0018] 图4是本发明步骤五中方位向插值效果示意图。
[0019] 图5是仿真场景设计不意图。
[0020] 图6是正前视双基SAR点目标成像处理结果。
【具体实施方式】
[0021] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0022] 本发明是一种基于PFA算法的正前视双基SAR成像处理方法，具体流程如图1所 示，包括以下步骤：
[0023] 步骤一：读入正前视双基SAR模式回波仿真数据S(T，t;RS)以及相应的成像参 数，其中，T为快时间、t为慢时间、Rs为发射平台和接收平台到目标的距离和，具体包括： 方位向采样点数Na，距离向采样点数队，信号采样率f。，信号带宽Bw，脉冲宽度Tp，脉冲重复 频率PRF，零时刻发射平台的位置T(xt,yt,zt)和接收平台的位置R(x"ypz上其中，xt、yjP zt为发射机在直角坐标系中的位置，X1^ ^为接收机在直角坐标系中的位置。参考点 P的位置（X。，y。，0)，其中X。，y。为参考点在直角坐标系下的位置。发射平台速度匕，接收平 台速度^ ,信号波长X，光速c;
[0024] 步骤二：对回波仿真数据S(T，t;r)在场景中心点进行时域的完全距离徙动补 偿，即解线频调（Dechirp)处理，得到解线频调后的信号S'（T，t;r);
[0025] 具体为：将回波仿真数据S(T，t;r)乘以补偿滤波函数氏（T，t)，得到解线频调 后的信号S'（T，t;r)，补偿滤波函数H1(^t)为：
[0027]其中：Tsyn是合成孔径时间，t。为合成孔径中心时刻，Y为距离向调频率。
[0028]步骤三：将解线频调后的回波仿真数据S'（T，t;r)在方位向进行去斜处理，得到 去斜处理后的信号S1^(Hr);
[0029]具体为：
[0030](a)对回波仿真数据S'（T，t;r)进行去斜处理，去斜处理后的信号在方位向进行 傅里叶变换，得到距离多普勒域信号；
[0031](b)距离多普勒域信号再乘以Dechirp参考函数氏(1，〇，得到方位向去斜处理 后的信号S' ;(T，t;r)，Dechirp参考函数H2(fT,t)为：
[0033] 其中：1为快时间对应的频率，Y为距离向调频率；
[0034](c)方位向去斜处理后的信号S'JT，t;r)在方位向进行傅里叶变换，得到去斜 处理后的时域信号SH(T，t;r)。
[0035]步骤四：设定正前视双基SAR的成像坐标系，将去斜处理后的回波信号S1^T，t; r)进行坐标转换并离散化，得到离散后的信号Srt(i，m)，其中i表示距离向采样点序列，m 表示方位向采样点序列；
[0036]具体为：
[0037] (a)设定正前视双基SAR的成像坐标系，场景中心为原点，YS轴指向距离向方向， ZS轴指向上方，XS轴为原点与YS轴、ZS轴以右手定则确定。图2所示为直角坐标系和所 设定的成像坐标系之间的转换示意图，其中，X，Y，Z为直角坐标系下的三轴，Q为\轴与X 轴夹角，为Ys轴与中心时刻发射机与场景中心斜距在地面的投影方向夹角，SsSYs轴与 中心时刻接收机与场景中心斜距在地面的投影方向夹角。
[0038](b)将去斜处理后的回波信号SH(T，t;r)进行坐标转换并离散化，得到离散后的 信号Srt(i,m)。
[0039] 步骤五：将离散化后的信号Srf(i，m)利用sine插值依次进行距离向插值和方位向 插值，得到二维插值后的信号Srt(i，m);
[0040]具体为：
[0041] (a)对离散化后的信号Srf(i，m)进行距离向插值，得到经过距离向插值后的信号， 图3表示距离向插值后的效果。其中，目标插值序列的选取如下：
[0042] Kysref (i) = max (KYs (I, m)) +AKYsrefi, (i = I, . . . ,Nr,, m = I, . . . ,Na)(3)
[0043]式中：
[0046] 式中：Q为Ys轴与X轴夹角，i为离散化后距离向采样点序列i，m为离散化后方 位向采样点序列用。
[0047] (b)对经过距离向插值后的信号进行方位向插值，得到经过方位向插值后的信号， 即二维插值后的信号Srt(i，m)，图4表示方位