雙站圓跡sar快速時(shí)域成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像領(lǐng)域，涉及一種 雙站圓跡SAR(其中一個(gè)雷達(dá)站固定）的快速時(shí)域成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] OS-BCSAR(One-stationary Bistatic Circular SAR, 一站固定式雙站圓跡 SAR) 是指具有一個(gè)運(yùn)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)（或稱雷達(dá)站）和一個(gè)固定雷達(dá)平臺(tái)，且運(yùn)動(dòng)雷達(dá)沿圓周軌跡 運(yùn)動(dòng)的雷達(dá)系統(tǒng)。這種雷達(dá)系統(tǒng)具有安全性高，抗干擾性強(qiáng)，獲取信息量大，以及高分辨率 成像和良好檢測(cè)能力的優(yōu)勢(shì)，近年來引起廣泛關(guān)注。但是，復(fù)雜的幾何構(gòu)型給0S-BCSAR的 數(shù)據(jù)處理帶來了新的問題與挑戰(zhàn)，如回波數(shù)據(jù)量大，回波方位空變性大，回波距離方位耦合 性強(qiáng)，以及運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的圓周軌跡，這都極大地增加了 0S-BCSAR高精度成像處理的難度。
[0003] 現(xiàn)有的0S-BCSAR成像方法主要有時(shí)域BPA(Backprojection Approach，后向投影 方法）。時(shí)域BPA無任何近似處理，能夠精確處理0S-BCSAR回波的方位空變性和距離方位 耦合性以及運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的圓周軌跡，從而實(shí)現(xiàn)0S-BCSAR的高精度成像處理。
[0004] 但是，時(shí)域BPA具有極大的計(jì)算量，從而降低了成像效率，因此時(shí)域BPA不能成為 快速有效的SAR成像方法。如何解決適用于0S-BCSAR的快速時(shí)域成像方法正是一個(gè)亟待 解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于0S-BCSAR成像處理的快速時(shí)域成像方法，能 夠在成像處理時(shí)減少計(jì)算量，提高成像效率。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：首先，對(duì)0S-BCSAR回波信號(hào)進(jìn)行距離壓縮，將運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的 合成孔徑劃分為若干個(gè)子孔徑并生成初始子圖像網(wǎng)格；將與子孔徑對(duì)應(yīng)的距離壓縮后的回 波信號(hào)后向投影到初始子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成初始子圖像；然后，通過設(shè)定循環(huán)次數(shù) 的循環(huán)遞歸過程，將相鄰子孔徑合并并生成對(duì)應(yīng)的子圖像網(wǎng)格，再將上一次循環(huán)生成的子 圖像插值到本次循環(huán)生成的子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成本次循環(huán)的子圖像；將最后一次 循環(huán)生成的子圖像插值到地面成像場(chǎng)景網(wǎng)格，并相干疊加生成0S-BCSAR圖像。
[0007] 特別地，設(shè)地面成像場(chǎng)景包含若干個(gè)靜止目標(biāo)，任意靜止目標(biāo)位置為 4 =^,3^，i = 1，2,…，隊(duì)經(jīng)距離壓縮后的回波信號(hào)sM(T，巾）為：
[0008]
[0009] 其中，t為快時(shí)間，B為雷達(dá)信號(hào)的帶寬，f。為雷達(dá)信號(hào)的中心頻率，傘G [0, 2 JT] 為運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的角度變量，0>為目標(biāo)Pi的散射系數(shù)，c ^為光速，P □為回波信號(hào)sM(t，小） 的包絡(luò)；〃(么?>)為運(yùn)動(dòng)雷達(dá)在巾角度時(shí)，運(yùn)動(dòng)雷達(dá)與固定雷達(dá)到目標(biāo)Pi的距離之和。
[0010] 設(shè)運(yùn)動(dòng)雷達(dá)合成孔徑的實(shí)孔徑點(diǎn)數(shù)為L，將其因式分解為K級(jí)，每次合并的子孔徑 數(shù)為1，則L = 1K。在實(shí)際應(yīng)用中，如果L = 1K不能成立，通常根據(jù)需求先確定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令[ =「l0g/^，可通過將L補(bǔ)零的方式改變L的取值，使得K= l0glL。 [0011] 第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；
[0012] 本步驟可視為第1級(jí)處理。第1級(jí)處理時(shí)，將運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的合成孔徑劃分為L/1個(gè) 子孔徑，每個(gè)子孔徑包含1個(gè)實(shí)孔徑點(diǎn)數(shù)。對(duì)第1級(jí)第n個(gè)子孔徑，n = 1，2,…，L/1，采用 極坐標(biāo)方式表示子圖像網(wǎng)格，這樣做的好處是在生成子圖像時(shí)計(jì)算量較小，具體步驟是：設(shè) 第1級(jí)第n個(gè)初始子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點(diǎn)為第1級(jí)第n個(gè)子孔徑中心與固定雷達(dá)之間連線 的中點(diǎn)，第1級(jí)第n個(gè)初始子圖像網(wǎng)格點(diǎn)用表示，其中，極距卩丨為網(wǎng)格原點(diǎn)到任意 地面成像場(chǎng)景網(wǎng)格點(diǎn)（x，y)的距離，極角€為極距K與連線（即第1級(jí)第n個(gè)子孔徑中心 與固定雷達(dá)之間的連線）之間的夾角。
[0013] 然后，將第1級(jí)第n個(gè)子孔徑對(duì)應(yīng)的距離壓縮后的回波信號(hào)后向投影到第1級(jí)第 n個(gè)初始子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成第1級(jí)第n個(gè)初始子圖像。
[0014] 第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；
[0015]本步驟可視為第k級(jí)處理，k = 2,…，K-1。第k級(jí)處理時(shí)，按照子孔徑逐漸遞增的 順序，每1個(gè)相鄰的第k_l級(jí)子孔徑合并成一個(gè)第k級(jí)子孔徑。對(duì)于第k級(jí)第q個(gè)子孔徑， q = 1，2,…，L/lk，設(shè)第k級(jí)第q個(gè)子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點(diǎn)為第k級(jí)第q個(gè)子孔徑中心與固 定雷達(dá)之間連線的中點(diǎn)，第k級(jí)第q個(gè)子圖像網(wǎng)格點(diǎn)用(?)表示，其中，極距K為網(wǎng)格 原點(diǎn)到任意地面成像場(chǎng)景網(wǎng)格點(diǎn)（x，y)的距離，極角％為極距 < 與連線（即第k級(jí)第q個(gè) 子孔徑中心與固定雷達(dá)之間的連線）之間的夾角。
[0016] 然后，將1個(gè)第k_l級(jí)第p個(gè)子圖像依次插值到第k級(jí)第q個(gè)子圖像網(wǎng)格，p = l+(q-l)l，…，ql，并相干疊加生成第k級(jí)第q個(gè)子圖像。
[0017] 第三步，全孔徑合并和最終圖像生成；
[0018] 本步驟可視為第K級(jí)處理。第K級(jí)處理時(shí)，首先將1個(gè)第K-1級(jí)子孔徑合并成一個(gè) 第K級(jí)全孔徑，然后在地面成像場(chǎng)景生成第K級(jí)圖像網(wǎng)格，第K級(jí)圖像網(wǎng)格點(diǎn)用（x，y)表示； 最后，將1個(gè)第K-1級(jí)子圖像依次插值到第K級(jí)圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成第K級(jí)OS-BCSAR 圖像。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 采用子孔徑和子圖像處理技術(shù)，并通過極坐標(biāo)方式表示子圖像網(wǎng)格和插值方法， 在保持時(shí)域成像方法高精度的同時(shí)，極大地減少了時(shí)域成像方法的計(jì)算量，從而提高了成 像處理的效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了 OS-BCSAR的快速高精度成像處理，獲得高質(zhì)量的聚焦SAR圖像。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明雙站圓跡SAR快速時(shí)域成像方法的流程示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明中的雷達(dá)參數(shù)；
[0023] 圖3是時(shí)域BPA成像獲得的點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果；
[0024] 圖4是本發(fā)明獲得的點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果；
[0025] 圖5是點(diǎn)目標(biāo)聚焦性能參數(shù)對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
[0027] 圖1為本發(fā)明雙站圓跡SAR快速時(shí)域成像方法的流程示意圖。如圖1所示，將 OS-BCSAR回波信號(hào)進(jìn)行距離壓縮后，再進(jìn)行三個(gè)處理步驟：第一步，子孔徑劃分與初始子 圖像生成；第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；第三步，全孔徑合并和最終圖像生 成。
[0028] 下面詳細(xì)說明本發(fā)明采用的技術(shù)方案：
[0029] 已知OS-BCSAR發(fā)射信號(hào)中心頻率為f。，帶寬為B，距離分辨率為P x，方位分辨 率為Py。設(shè)笛卡爾坐標(biāo)系原點(diǎn)為成像場(chǎng)景中心，三維坐標(biāo)軸分別為X軸、Y軸和Z軸， 因?yàn)楸景l(fā)明只應(yīng)用于地面成像場(chǎng)景，所以靜止目標(biāo)的坐標(biāo)點(diǎn)用二維坐標(biāo)表示。設(shè)地面成 像場(chǎng)景包含若干個(gè)靜止目標(biāo)，任意靜止目標(biāo)位置為a)，i= 1，2,…，N。 固定雷達(dá)的坐標(biāo)為（xs，0，zs)。運(yùn)動(dòng)雷達(dá)以速度V繞Z軸做圓周運(yùn)動(dòng)，某時(shí)刻其坐標(biāo) 為（Rxycos (巾），Rxysin (巾），zM)，Rxy和Z M分別為運(yùn)動(dòng)雷達(dá)圓周軌跡的半徑與高度， 傘e [0,2jt]為運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的角度變量。運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的初始位置為（Rxy，〇，zM)。經(jīng)距離壓縮后 的回波信號(hào)s M(t，巾）為：
[0030]
[0031] 其中，t為快時(shí)間，0>為目標(biāo)Pi的散射系數(shù)，c ^為光速，p M□為回波信號(hào) stc(t, (}))的包絡(luò)；價(jià)么*'/;)為運(yùn)動(dòng)雷達(dá)在（})角度時(shí)，運(yùn)動(dòng)雷達(dá)與固定雷達(dá)到目的距 離之和，即：
[0032]
[0033] 設(shè)運(yùn)動(dòng)雷達(dá)合成孔徑的實(shí)孔徑點(diǎn)數(shù)為L，將其因式分解為K級(jí)，每次合并的子孔徑 數(shù)為1，則L = 1K。在實(shí)際應(yīng)用中，如果L = 1K不能成立，通常根據(jù)需求先確定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令尤=「l〇g，]，可通過將L補(bǔ)零的方式改變L的取值，使得K= l〇glL。
[0034] 第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；
[0035] 本步驟可視為第1級(jí)處理。第1級(jí)處理時(shí)，將運(yùn)動(dòng)雷達(dá)的合成孔徑劃分為L/1個(gè) 子孔徑，每個(gè)子孔徑包含1個(gè)實(shí)孔徑點(diǎn)數(shù)。對(duì)第1級(jí)第n個(gè)子孔徑，n = 1，2,…，L/1，采用 極坐標(biāo)方式表示子圖像網(wǎng)格，這樣做的好處是在生成子圖像時(shí)計(jì)算量較小，具體步驟是：設(shè) 第1級(jí)第n個(gè)初始子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點(diǎn)為第1級(jí)第n個(gè)子孔徑中心與固定雷達(dá)之間連線 的中點(diǎn)，第1級(jí)第n個(gè)初始子圖像網(wǎng)格