本技術(shù)屬于sar成像，具體涉及一種機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法，是一種機(jī)載雷達(dá)對(duì)地面場(chǎng)景遠(yuǎn)距離高分辨sar成像的方法。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(dá)(sar)作為一種主動(dòng)式微波遙感設(shè)備，不僅具備常規(guī)雷達(dá)全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)作用距離的特點(diǎn)，還能夠?qū)Φ孛鎴?chǎng)景進(jìn)行二維高分辨率成像，極大擴(kuò)展了常規(guī)雷達(dá)的功能，提升了雷達(dá)的信息獲取和感知能力，并且使雷達(dá)具備了對(duì)目標(biāo)進(jìn)行可靠識(shí)別的能力。

2、作用距離和成像分辨率是sar成像的兩個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)。更遠(yuǎn)的作用距離可以使載機(jī)平臺(tái)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，提高載機(jī)平臺(tái)的生存能力，并且還能夠增加波束的覆蓋范圍，獲取大場(chǎng)景圖像，提升雷達(dá)偵察效率。更高的成像分辨率有利于目標(biāo)細(xì)節(jié)信息的獲取，提高目標(biāo)識(shí)別概率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精細(xì)描述。然而，遠(yuǎn)距離高分辨成像，一方面需要雷達(dá)發(fā)射信號(hào)具有更高的平均功率，以保證sar成像結(jié)果的圖像信噪比，另一方面需要相參積累的合成孔徑時(shí)間更長(zhǎng)，給數(shù)據(jù)采集和處理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，具體體現(xiàn)在以下方面：

3、1)sar波形設(shè)計(jì)困難，根據(jù)sar雷達(dá)方程，發(fā)射信號(hào)平均功率與成像距離和分辨率正相關(guān)，成像距離和分辨率的提高需要更高的發(fā)射信號(hào)平均功率，相同峰值功率條件下需要更高的信號(hào)占空比，若脈沖重復(fù)頻率不變，提高占空比會(huì)導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)脈沖寬度增加，進(jìn)而導(dǎo)致距離向采樣點(diǎn)數(shù)增加，回波數(shù)據(jù)量大幅上升，增大后端處理壓力，且發(fā)射信號(hào)脈沖寬度過(guò)大可能超過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)。若保持一定脈沖寬度，為了在信號(hào)占空比一定的前提下降低發(fā)射脈寬，需要提高雷達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率來(lái)提高占空比，則會(huì)造成回波信號(hào)的距離模糊問(wèn)題；

4、2)sar距離向信號(hào)采集與處理困難，為了滿足方位分辨率要求，采集的回波數(shù)據(jù)必須能夠包含滿足分辨率要求的合成孔徑的所有回波，因此，sar距離向采集數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度必須覆蓋三部分：發(fā)射脈寬對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)、場(chǎng)景距離向幅寬對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)以及距離單元徙動(dòng)對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)距離高分辨成像合成孔徑時(shí)間長(zhǎng)，回波信號(hào)距離單元徙動(dòng)嚴(yán)重，常規(guī)雷達(dá)采用的固定時(shí)延采樣方式將導(dǎo)致距離向采樣點(diǎn)數(shù)非常高，增加了回波數(shù)據(jù)量與信號(hào)處理運(yùn)算量，對(duì)系統(tǒng)鏈路帶寬和算力提出挑戰(zhàn)；

5、3)方位積累數(shù)據(jù)量大、成像處理困難，遠(yuǎn)距離高分辨成像為了滿足發(fā)射信號(hào)平均功率需求并降低發(fā)射脈寬，雷達(dá)以較高脈沖重復(fù)頻率收發(fā)信號(hào)，導(dǎo)致合成孔徑時(shí)間內(nèi)的方位積累脈沖數(shù)大幅增加，極大增加了sar成像處理的數(shù)據(jù)量和運(yùn)算量。而且雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率可能遠(yuǎn)高于回波信號(hào)的多普勒帶寬，方位向存在大量于改善sar成像結(jié)果無(wú)益的采樣冗余，造成處理資源浪費(fèi)。

6、目前，關(guān)于機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像技術(shù)的研究較多，在系統(tǒng)體制、工作模式、成像算法等方面均有豐富的研究成果，然而，現(xiàn)有的基于多通道系統(tǒng)體制的模糊抑制方法面臨工程實(shí)現(xiàn)困難、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜的問(wèn)題；工作模式設(shè)計(jì)多為天線波束掃描方式設(shè)計(jì)，沒(méi)有涉及回波信號(hào)的采集；成像算法則主要追求更高的成像精度，并沒(méi)有考慮工程實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)量和運(yùn)算量，鑒于此，提出本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、提供一種機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法，在現(xiàn)有成像方式的基礎(chǔ)上，對(duì)雷達(dá)發(fā)射波形、回波采集方式以及成像處理方法進(jìn)行改進(jìn)，解決雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率高、距離單元徙動(dòng)大導(dǎo)致的跨周期采樣距離模糊、距離向采樣數(shù)據(jù)量高以及方位積累脈沖數(shù)多運(yùn)算量大等問(wèn)題，為未來(lái)工程化應(yīng)用奠定必要基礎(chǔ)。

2、本技術(shù)的技術(shù)方案是：

3、一種機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法，包括：

4、步驟一、控制雷達(dá)波束照射成像場(chǎng)景中心，交替發(fā)射寬帶正交信號(hào)；

5、步驟二、根據(jù)場(chǎng)景中心與天線相位中心的距離，實(shí)時(shí)計(jì)算并調(diào)整雷達(dá)接收采樣時(shí)延，變門限采樣接收回波信號(hào)；

6、步驟三、根據(jù)各發(fā)射寬帶正交信號(hào)形式，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離向匹配濾波處理，將回波寬帶信號(hào)各頻率分量的相位校正成一樣；

7、步驟四、在距離頻域補(bǔ)償采樣時(shí)延變化，恢復(fù)回波信號(hào)的距離單元徙動(dòng)特性；

8、步驟五、對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒中心補(bǔ)償，將方位多普勒中心補(bǔ)償為零；

9、步驟六、將方位向相鄰的多個(gè)回波信號(hào)相加，實(shí)現(xiàn)方位降采樣；

10、步驟七、對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒中心逆補(bǔ)償，恢復(fù)回波信號(hào)的多普勒中心；

11、步驟八、調(diào)整用于回波信號(hào)處理的脈沖重復(fù)頻率，采用sar成像算法對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，得到sar圖像。

12、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟一中，控制雷達(dá)波束照射成像場(chǎng)景中心，交替發(fā)射寬帶正交信號(hào)，包括正調(diào)頻信號(hào)s+(t)和負(fù)調(diào)頻信號(hào)s-(t)：

13、

14、

15、其中，

16、rect(·)為計(jì)算函數(shù)；

17、t為時(shí)間；

18、tp為發(fā)射信號(hào)脈沖寬度；

19、j為虛數(shù)單元；

20、fc為發(fā)射信號(hào)中心頻率；

21、γ為發(fā)射信號(hào)調(diào)頻斜率。

22、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟二中，根據(jù)場(chǎng)景中心與天線相位中心的距離，實(shí)時(shí)計(jì)算并調(diào)整雷達(dá)接收采樣時(shí)延為2rn/c，其中，rn為第n次調(diào)整采樣時(shí)延時(shí)雷達(dá)天線相位中心到場(chǎng)景中心的距離；c為光速；

23、

24、其中，

25、rs為天線相位中心到場(chǎng)景中心的距離；

26、θs為sar成像斜視角；

27、n為調(diào)整采樣時(shí)延間隔脈沖個(gè)數(shù)；

28、v為載機(jī)速度；

29、prf為雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率。

30、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟二中，調(diào)整雷達(dá)接收采樣時(shí)延的方式包括連續(xù)調(diào)整方式、周期性調(diào)整方式，其中，

31、采用連續(xù)調(diào)整方式時(shí)，n＝1；

32、采用周期性調(diào)整方式時(shí)，n>1。

33、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟三中，根據(jù)各發(fā)射寬帶正交信號(hào)形式，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離向匹配濾波處理，采用正調(diào)頻信號(hào)距離向匹配濾波函數(shù)s+(fr)、負(fù)調(diào)頻信號(hào)距離向匹配濾波函數(shù)s-(fr)；

34、

35、其中，

36、fr為距離頻率；

37、wr(·)為距離頻域窗函數(shù)。

38、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟四中，在距離頻域補(bǔ)償采樣時(shí)延變化，具體是在距離頻域?qū)Ω鱾€(gè)回波補(bǔ)償一次相位，相位補(bǔ)償函數(shù)為hcom(m,fr)；

39、

40、其中，

41、m為回波脈沖序號(hào)；

42、為向上取整函數(shù)。

43、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，

44、步驟五、對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒中心補(bǔ)償，補(bǔ)償函數(shù)為hfdc(m)；

45、

46、其中，

47、fdc為回波信號(hào)的多普勒中心；

48、na為方位積累脈沖數(shù)。

49、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟六中，將方位向相鄰的多個(gè)回波信號(hào)相加，具體為：

50、s′(m)＝s((m-1)×k+1)+s((m-1)×k+2)+…+s(m×k)……(7)

51、其中，

52、s′(m)為相加后的第m個(gè)回波信號(hào)，m＝1,2,3,…na/k；

53、s(m×k)為相加前的第m×k個(gè)回波信號(hào)；

54、k為方位降采樣倍數(shù)。

55、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟七中，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行多普勒中心逆補(bǔ)償，補(bǔ)償函數(shù)為h′fdc(m)；

56、

57、根據(jù)本技術(shù)的至少一個(gè)實(shí)施例，上述的機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法中，步驟八中，調(diào)整用于回波信號(hào)處理的脈沖重復(fù)頻率為prf′；

58、prf′＝prf/k。

59、本技術(shù)至少存在以下有益技術(shù)效果：

60、提供一種機(jī)載sar遠(yuǎn)距離高分辨成像方法，通過(guò)交替正交波形收發(fā)處理，解決跨周期采樣帶來(lái)的距離模糊問(wèn)題，根據(jù)雷達(dá)和成像場(chǎng)景的距離變化實(shí)時(shí)調(diào)整回波采樣窗時(shí)延，校正回波信號(hào)的距離單元徙動(dòng)，降低距離向采樣數(shù)據(jù)量，采用方位濾波降采樣方法，降低sar成像方位向處理數(shù)據(jù)量，提高成像效率，可以較高的雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率進(jìn)行工作，提高雷達(dá)占空比，降低對(duì)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度的要求，簡(jiǎn)化雷達(dá)設(shè)計(jì)，能夠在實(shí)現(xiàn)對(duì)地面場(chǎng)景遠(yuǎn)距離高分辨成像的同時(shí)，降低對(duì)雷達(dá)儲(chǔ)能、信號(hào)處理等硬件資源的需求。