本發(fā)明涉及一種合成孔徑雷達(syntheticapertureradar，sar)成像處理方法，具體涉及基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法，屬于雷達成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

sar通過成像的方式來獲得目標的信息，是對地觀測和空間偵察的重要手段。自20世紀50年代首次被提出以來，取得了飛速發(fā)展，在軍用和民用領(lǐng)域都發(fā)揮著重大作用。在民用方面，sar可以用于地表測繪、海洋監(jiān)測和災(zāi)情觀測等；在軍用方面，sar可用于戰(zhàn)場偵察和目標識別等。

線性調(diào)頻(linearformatmodulation，lfm)信號、非線性調(diào)頻(non-linearformatmodulation，nlfm)信號、相位編碼信號和混沌類信號是幾種常用的雷達信號。目前，sar常用lfm信號作為雷達發(fā)射信號，但是lfm信號的自相關(guān)性能差，信號形式簡單，抗干擾性能差。與lfm信號相比，nlfm信號沒有信噪比的損失，自相關(guān)函數(shù)具有較低的旁瓣，但是精確的nlfm信號難以設(shè)計、生成和處理，且nlfm信號對多普勒敏感，因此并不常用。相位編碼信號和混沌類信號正交性能好，具有良好的抗干擾性能，但是這兩種信號都是多普勒敏感信號，只能用于目標多普勒變化范圍較窄的場合。

隨著sar成像技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多成像模式，如：條帶模式、聚束模式、掃描模式、滑動聚束模式等。對于聚束sar，極坐標格式算法(polarformatalgorithm，pfa)是一種比較合適的算法。pfa適用于高分辨率、小場景成像，通過兩維重采樣和兩維傅里葉變換實現(xiàn)。由于處理過程較為簡單，因此被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的基于lfm信號和極坐標格式算法的sar成像方法可以取得很好的成像效果，但抗干擾性能差。相位編碼信號的采樣與一個脈沖內(nèi)光滑的lfm信號的采樣不同，因此不能利用pfa成像。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法，能在小斜視角下，依然取得良好的成像效果，且抗干擾性能好。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法，包括如下步驟：

步驟1，利用相位編碼信號調(diào)制lfm信號，得到lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號，將lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號作為雷達發(fā)射信號發(fā)射出去；

步驟2，對雷達回波數(shù)據(jù)進行距離向傅里葉變換，得到包含距離頻域和方位時域的二維數(shù)據(jù)；

步驟3，將二維數(shù)據(jù)乘以參考函數(shù)，實現(xiàn)距離壓縮和場景中心相位矯正；

步驟4，對步驟3得到的數(shù)據(jù)，通過尺度變換進行距離向插值處理，得到變換后的距離頻率變量；

步驟5，通過重采樣，均勻化雷達天線相位中心瞬時方位角的正切，得到方位時間變量；

步驟6，通過尺度變換進行方位向插值處理，得到變換后的方位時間變量；

步驟7，對經(jīng)過距離向和方位向插值處理后的數(shù)據(jù)做二維傅里葉變換，實現(xiàn)對點目標的成像。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟3所述參考函數(shù)的表達式為：

其中，h1表示參考函數(shù)，fτ為距離向頻率，ulfm-pc(fτ)為lfm-pc信號的頻譜，*為共軛運算，j為虛數(shù)單位，c為光速，fc為雷達中心頻率，ra為雷達天線相位中心與場景中心之間的瞬時距離。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟4所述距離向插值的公式為：

fτ＝fc(δr-1)+δrfτ'，

其中，fτ為距離向頻率，fc為雷達中心頻率，為距離頻率尺度變換因子，為孔徑中心時刻天線相位中心的俯仰角，θ和分別為雷達天線相位中心的瞬時方位角和俯仰角，fτ'為變換后的距離頻率變量。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟5的公式為：

tanθ＝ωtacosθs，

其中，θ為雷達天線相位中心瞬時方位角，ω＝v/ya，v為雷達平臺飛行速度，ya為點目標的縱坐標，ta為方位時間變量，θs為斜視角。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟6所述方位向插值處理的公式為：

其中，fτ為距離向頻率，fc為雷達中心頻率，ta為方位時間變量，t'a為變換后的方位時間變量。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明利用相位編碼信號調(diào)制lfm信號得到了一種新的復(fù)合調(diào)制信號——lfm-pc信號，利用lfm-pc信號的正交性進行抗干擾，克服了lfm信號抗干擾性能差的問題。

2、本發(fā)明提出的lfm-pc信號的相位調(diào)制函數(shù)連續(xù)，因此基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法可行。lfm-pc信號的多普勒容忍性與相位編碼信號相比有很大改善。

附圖說明

圖1是聚束sar成像幾何模型圖。

圖2是本發(fā)明基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法的流程圖。

圖3是點目標仿真結(jié)果，其中，(a)、(b)、(c)分別對應(yīng)斜視角為0°、5°、10°。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明利用相位編碼信號調(diào)制lfm信號得到一種新的復(fù)合調(diào)制信號——lfm-pc信號，將lfm-pc信號作為雷達發(fā)射信號，利用pfa進行成像處理。由于lfm-pc信號的相位調(diào)制函數(shù)連續(xù)，因此基于lfm-pc信號和極坐標格式算法的sar成像方法可行。同時，lfm-pc信號的多普勒容限與相位編碼信號相比有很大改善，因此小斜視角下，依然可以取得良好的成像效果。

本發(fā)明所有步驟、結(jié)論都用仿真數(shù)據(jù)在matlab和idl上驗證正確，實施例利用sar仿真數(shù)據(jù)對本發(fā)明方法進行驗證和分析，仿真數(shù)據(jù)設(shè)置如下：載頻為5.3ghz，lfm信號的帶寬為20mhz，信號時寬為40μs，脈沖重復(fù)頻率prf為1700hz，飛行平臺速度為7100m/s，場景中心斜距為850km，飛行平臺高度為800km，相位編碼信號的碼長取p＝160。斜視角分別取0°、5°、10°進行仿真。

參考上述參數(shù)，lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號包含如下性質(zhì)：

性質(zhì)1：lfm-pc信號的時域表達式如(1)所示：

其中，t為時間，tr＝40μs為信號時寬，p＝160為相位編碼信號碼長，為相位編碼序列，為相位調(diào)制序列，為子脈沖的復(fù)包絡(luò)，為矩形窗，或tb＝0.25μs為子脈沖寬度，j為虛數(shù)單位，k＝5×10¹¹hz/s為lfm信號的調(diào)頻率。

性質(zhì)2：lfm-pc信號的頻域表達式如(2)所示：

其中，表示卷積運算，upc(f)和ulfm(f)分別為相位編碼信號和lfm信號的頻譜。則lfm-pc信號的帶寬如(3)所示：

b≈bp+bl(3)

其中，b≈24mhz為lfm-pc信號的帶寬，bp＝4mhz為相位編碼信號的帶寬，bl＝20mhz為lfm信號的帶寬。

性質(zhì)3：lfm-pc信號的模糊函數(shù)表達式如(4)所示：

其中，τ為延遲時間，ξ為多普勒頻率，{sk}和{sl}分別對應(yīng)兩個相位編碼序列，為矩形脈沖pk(t)和pl(t)的互模糊函數(shù)。

性質(zhì)4：lfm-pc信號的多普勒范圍表達式如(5)所示：

性質(zhì)5：選取一組正交的相位編碼信號調(diào)制lfm信號，可以得到正交的lfm-pc信號。

如圖1所示，為聚束sar成像幾何模型，其中，飛行平臺速度為v，高度為h，場景中心o定義為坐標原點，雷達天線相位中心(antennaphasecenter，apc)的瞬時坐標為(xa,ya,h)，點目標q的坐標為(xt,yt,0)。θ和分別為apc的瞬時方位角和俯仰角。apc與場景中心和目標的瞬時距離矢量分別定義為和場景中心到目標的瞬時距離矢量定義為它們之間的瞬時距離分別對應(yīng)為ra、rt和rt。

如圖2所示，基于lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號和極坐標格式算法的sar成像方法包括如下步驟：

步驟1，將lfm-pc復(fù)合調(diào)制信號作為雷達發(fā)射信號；

步驟2，對回波數(shù)據(jù)進行距離向傅里葉變換，得到距離頻域、方位時域數(shù)據(jù)；

步驟3，乘以參考函數(shù)以實現(xiàn)距離壓縮和場景中心相位矯正。參考函數(shù)的表達式如(6)所示：

其中，fτ為距離向頻率，ulfm-pc(fτ)為lfm-pc信號的頻譜，*為共軛運算，c＝3×10⁸m/s為光速，fc＝5.3ghz為雷達中心頻率，ra為雷達天線相位中心與場景中心之間的瞬時距離。

步驟4，通過二維插值將數(shù)據(jù)由極坐標格式轉(zhuǎn)換為矩形格式，其中距離向插值通過尺度變換實現(xiàn)：

fτ＝fc(δr-1)+δrfτ'(7)

其中，為距離頻率尺度變換因子，分別對應(yīng)斜視角為0°，5°，10°時孔徑中心時刻天線相位中心的俯仰角，θ和分別為雷達天線相位中心的瞬時方位角和俯仰角，fτ'為變換后的距離頻率變量。

步驟5，通過重采樣使得tanθ均勻化：

tanθ＝ωtacosθs(8)

其中，ω＝v/ya，v＝7100m/s為雷達平臺飛行速度，ya為點目標的縱坐標，ta為方位時間變量，θs＝0°，5°，10°為斜視角。

步驟6，通過尺度變換實現(xiàn)方位向插值處理：

其中，t'a為變換后的方位時間變量。

步驟7，對插值后的信號做二維傅里葉變換實現(xiàn)對點目標的成像。

如圖3所示，為利用本發(fā)明方法得到的點目標仿真結(jié)果，其中，(a)、(b)、(c)分別對應(yīng)斜視角為0°、5°、10°。橫軸rangeprofile表示距離像，縱軸azimuthprofile表示方位像。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。