CN102393518A - 一种适用于大斜视角的机载sar成像方法 - Google Patents

一种适用于大斜视角的机载sar成像方法 Download PDF

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CN102393518A CN2011103307978A CN201110330797A CN102393518A CN 102393518 A CN102393518 A CN 102393518A CN 2011103307978 A CN2011103307978 A CN 2011103307978A CN 201110330797 A CN201110330797 A CN 201110330797A CN 102393518 A CN102393518 A CN 102393518A
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Abstract

本发明公开了一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，其步骤：(1)构建回波信号模型；(2)信号成像处理，其步骤：(2-1)对点目标信号进行距离向快速傅里叶变换和方位向快速傅里叶变换；(2-2)距离向傅里叶逆变换并对其信号相位进行精确处理；(2-3)乘以ChirpScaling因子；(2-4)距离向傅里叶变换；(2-5)乘以距离补偿因子；(2-6)距离向傅里叶逆变换；(2-7)乘以方位补偿因子；(2-8)方位向傅里叶逆变换得到压缩后的SAR图像信号。该方法在大斜角下对点目标成像，能得到良好峰值旁瓣比、积分旁瓣比；用SAR脉冲压缩技术和合成孔径技术可在距离向和方位向获较高空间分辨率；在时域进行距离迁徙校正，简化回波信号距离模型，减少二维耦合量，运用精确相位展开，实现对信号精准校正，有较快处理速度。

Description

一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法
技术领域
本发明涉及的是一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，属于遥感图像处理技术领域。
背景技术
“合成孔径”概念的出现可以追溯到本世纪五十年代。1951年6月美国古德依尔公司的卡尔·威利(CarlWiley)提出用频率分析的方法改善雷达的角分辨率，并于1952年研制出一种“多普勒波束锐化”系统，该系统是合成孔径雷达(SAR)的最初模型，与卡尔·威利进行工作的同时，伊利诺大学控制系统实验室开始独立研究合成孔径雷达(SAR)，并且证实了用频率分析法确实能改善雷达的角分辨率。
1953年7月，得到了第一张合成孔径雷达图像。1953年在美国密执安大学举办的暑期讨论会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线综合成大尺寸的线性天线阵列的新概念。用这种观点除了能解释提高雷达角分辨率的原理以及正侧视工作方式能得到最佳角分辨率外，还使人们认识到合成孔径有经相位校正求和与不经相位校正求和之分，即有聚焦工作方式和非聚焦工作方式之分，认识到由于雷达脉冲工作体制必然带来距离模糊和方位模糊以及解决这些问题的途径，这使人们对合成孔径原理的认识深化了一步。这一时期的工作仅限于对合成孔径原理的分析，信号处理的手段很不完善。聚焦工作方式和光学中的聚焦原理相似，这使得人们想到利用光学透镜完成合成孔径要求的信号处理任务。1957年8月，美国密执安大学雷达和光学实验室的柯特罗呐(L.J.Cutrona)和利思(E.N.Leith)，用地面光学系统对合成孔径雷达系统采集的数据进行了聚焦式处理，获得了大面积的地面图像。与第一次获得的SAR图像相比，这些图像更清晰，分辨率更高。利思等人还发现，聚焦合成孔径原理和全息光学原理相同，这使得光学信号信号处理方法更加完善。六十年代是机载SAR蓬勃发展的时期，许多国家开展了合成孔径雷达成像系统的研制。在机载SAR系统迅速发展的同时，机载SAR成像的方法也得到了发展，如RD、Chirp Scaling、RMA、PFA等成像方法，其中RD与Chirp Scaling成像方法应用最为广泛。
在正侧视时，RD成像方法能较好地实现机载SAR信号处理，主要缺点是需要插值进行距离迁移校正，一方面带来了附加的计算量，另一方面会引起人为截断误差和图像的相位失真，尤其是相位失真在某些场合是不允许的。而Chirp Scaling成像方法利用雷达发射线性调频信号的特点，在雷达回波的R-D域中引入线性调频信号，将不同距离上的距离迁移轨迹校正到与某一参考距离上的轨迹相同，在二维频域同时完成距离迁移校正、距离压缩和二次距离压缩，避免了插值的运算，大大提高了计算的效率，但是对于大斜视角的机载SAR成像，其二维耦合仍然难以减小，图像质量难以得到保障。
本发明涉及了一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，该方法克服了现阶段成像方法的缺点，提出了在大斜视角的模式下，减少成像过程中的二维耦合，提高相位展开精度，进一步提高成像质量的方案，该数据处理方法仅通过复数乘法和快速傅里叶变换实现，一次数据处理仅需要半分钟时间，具有结构简洁、处理速度快的优点，同时距离向和方位向都具有较高的空间分辨率。
发明内容
本发明目的是在于针对现有技术中存在的缺陷提供一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，该方法能应用于机载SAR对目标进行高精度成像，也能应用于如高速弹载SAR这类在大斜视角下对目标进行成像的系统，实现对目标的精细探测，弥补现有成像技术处理大斜视角下对目标进行高精度成像的不足，为发展完善的成像系统奠定坚实的技术基础。
为达到上述目的，本发明的构思是：机载SAR信号处理是基于回波信号的模型，通过对回波信号压缩处理，同时对回波信号的相位信息精确处理，实现对目标的高精度成像。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
上述一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，其特征在于，便于阐述本发明提供的信号处理方法，下面结合斜视模式下的机载SAR回波模型，在此基础上给出该信号处理方法的实现，其具体步骤如下：
(1)构建回波信号模型，获取点目标的回波信号
机载SAR 采用沿横向布天线阵列，获取目标的回波信号，目标的回波信号的三个方向分别表示距离向(高度方向)，方位向 (雷达飞行方向)和横向（沿天线阵方向），SAR的天线阵平行于Y轴，X轴为方位向，Z轴为距离向，SAR平台沿X轴飞行，速度为                                                
Figure 418713DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 398170DEST_PATH_IMAGE002
时刻机载SAR的x坐标为
Figure 177907DEST_PATH_IMAGE003
，SAR工作波长为
Figure 386166DEST_PATH_IMAGE004
，r为初始时刻机载SAR与目标的距离，
Figure 262855DEST_PATH_IMAGE002
为方位向的慢时间，
Figure 85317DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角，在时域进行距离徙动校正，即，校正距离徙动的慢时间的一次项，得到时域校正后的斜距，其计算表达式为：
              
Figure 165400DEST_PATH_IMAGE006
                        (1)
其中，
Figure 426617DEST_PATH_IMAGE007
为多普勒中心频率，r为初始时刻机载SAR与目标的距离，
Figure 908545DEST_PATH_IMAGE002
为方位向的慢时间，v为SAR平台飞行速度，为SAR工作波长，
Figure 718555DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角；
根据机载SAR的回波信号原理，获取点目标的回波信号，其计算表达式为：
   
Figure 455567DEST_PATH_IMAGE008
        (2)
其中，
Figure 789072DEST_PATH_IMAGE009
为距离向快时间，
Figure 218916DEST_PATH_IMAGE002
为方位向时间，
Figure 460542DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 797982DEST_PATH_IMAGE011
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 254502DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率，c为电磁波在空间的传播速度；
(2)信号成像处理步骤
对点目标的回波信号的处理，得到压缩后的的SAR图像信号，该方法的具体步骤如下：
(2-1)：对点目标信号进行距离向快速傅里叶变换和方位向快速傅里叶变换
首先，对点目标回波信号进行距离向快速傅里叶变换，将该信号变换到距离频率-方位时间域，再对该距离频率-方位时间域信号进行方位向快速傅里叶变换，得到回波信号的二维频谱，其计算表达式为：
     
Figure 651986DEST_PATH_IMAGE013
          (3)
其中，c为电磁波在空间的传播速度，为距离向频域信号频率，
Figure 272771DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 646115DEST_PATH_IMAGE016
为载频，c为电磁波在空间的传播速度，v为SAR平台飞行速度；
(2-2)：距离向傅里叶逆变换并对其信号相位进行精确处理
对二维信号频谱的相位进行Legendre多项式展开，其计算表达式为：
          
Figure 417762DEST_PATH_IMAGE017
                 (4)
其中，
Figure 430717DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数，
Figure 313222DEST_PATH_IMAGE002
为方位向时间，
Figure 475826DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 418374DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 856309DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
利用驻留相位定理对二维信号频谱沿距离向作快速傅里叶逆变换，得到其相位因子， 其计算表达式为：
       
Figure 339243DEST_PATH_IMAGE019
             (5)
其中，
Figure 624862DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 738311DEST_PATH_IMAGE016
为载频，
Figure 663542DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 950167DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 11664DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
对式(5)中的根号项内进行Legendre展开至二次项， 其计算表达式为：
Figure 583907DEST_PATH_IMAGE021
 (6)
其中，
Figure 611906DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数，
Figure 793489DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，为方位向频域信号频率，
Figure 696034DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
将式(6)整理得到如下计算表达式：
        
Figure 324461DEST_PATH_IMAGE022
               (7)
其中，
Figure 626130DEST_PATH_IMAGE023
，导出新的距离向调频率
Figure 796824DEST_PATH_IMAGE024
和弯曲因子
Figure 183943DEST_PATH_IMAGE025
；
(2-3)：乘以Chirp Scaling因子
构造Chirp Scaling函数，其计算表达式为：
                         (8)
其中，
Figure 319706DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，为距离向调频率，
Figure 787913DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子；
将与Chirp Scaling函数相乘得到如下计算表达式：
Figure 847453DEST_PATH_IMAGE029
(9)
其中，
Figure 628459DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位，
Figure 724591DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子，为场景参考距离；
(2-4)：距离向傅里叶变换
将式(9)信号沿着距离向进行快速傅里叶变换，得到二维频谱， 其计算表达式为：
 
Figure 173819DEST_PATH_IMAGE031
 (10)
其中，
Figure 188043DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位，
Figure 771471DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子，
Figure 83503DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 68777DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数；
(2-5)：乘以距离补偿因子
为了进行距离压缩，二次距离压缩，距离迁徙校正，构造距离向补偿因子， 其计算表达式为：
                  (11)
其中，
Figure 262309DEST_PATH_IMAGE024
为距离向调频率，
Figure 378032DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子，
Figure 217812DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 511522DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 803963DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率；
将(10)式与距离补偿因子相乘，得到如下计算表达式：
(12)
其中，为距离向频域信号频率，
Figure 902782DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 948098DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 343308DEST_PATH_IMAGE011
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 954418DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位；
(2-6)：距离向傅里叶逆变换
对乘以补偿因子后二维频域信号做距离向傅里叶逆变换，变换到距离向时域，其计算表达式为：
Figure 917826DEST_PATH_IMAGE034
   (13)
其中，
Figure 184859DEST_PATH_IMAGE035
为信号带宽，
Figure 196808DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位，
Figure 600108DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 921368DEST_PATH_IMAGE011
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，为方位向频域信号频率；
(2-7)：乘以方位补偿因子
为了进行方位压缩和剩余距离徙动校正，构造方位补偿因子， 其计算表达式为：
           (14)
其中，
Figure 749144DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率,
Figure 178988DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位,
Figure 217351DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角,r为初始时刻机载SAR与目标的距离；
将(13)式与方位补偿因子相乘，得到如下计算表达式：
Figure 758054DEST_PATH_IMAGE037
   (15)
其中，
Figure 211644DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率,
Figure 546811DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位,
Figure 275732DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角,r为初始时刻机载SAR与目标的距离,为SAR工作波长；
(2-8)：方位向傅里叶逆变换得到压缩后的SAR图像信号
对乘以补偿因子后的距离向时域信号做方位向傅里叶变换，变换到方位向时域，忽略常数系数得到最终压缩后的SAR图像信号， 其计算表达式为：
          
Figure 727890DEST_PATH_IMAGE038
                    (16)
其中,
Figure 233958DEST_PATH_IMAGE039
为多普勒带宽,
Figure 512493DEST_PATH_IMAGE040
为点目标位置,
Figure 394998DEST_PATH_IMAGE041
为点目标后向散射系数,
Figure 560531DEST_PATH_IMAGE035
为信号带宽，
Figure 503080DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 3331DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角，v为SAR平台飞行速度；
本发明的一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出性特点和显著优点：该方法可以处理大斜角下对点目标的成像，能够得到良好的峰值旁瓣比(PSLR)和积分旁瓣比(ISLR)；该方法应用SAR的脉冲压缩技术和合成孔径技术可以在距离向和方位向获得较高的空间分辨率，该方法根据SAR在处理大斜视角下目标的特点，在时域进行距离迁徙校正，简化了回波信号的距离模型，减少了二维耦合量，同时运用更为精确的相位展开方法，实现了对信号更加精准的校正，在整个信号处理过程中仅通过复数乘法和傅里叶变换即可实现，具有较快的处理速度。
附图说明
图1为机载SAR与目标的几何关系的示意图；
图2为本发明的一种适用于大斜视角的机载SAR成像成像方法的流程示意图；
图3为本发明的斜视角为40°的点目标信号各阶段的成像示意图，图中，(a)(b)(c)(d)各阶段分别为点目标信号校正距离走动前的R-D域图像、点目标信号校正距离走动后的R-D域图像、点目标信号距离压缩后的R-D域图像、点目标信号最终成像结果图像；
图4为不同斜视角下点目标成像结果的示意图；
图5为不同斜视角下的峰值旁瓣比的示意图；
图6为不同斜视角下的积分旁瓣比的示意图；
图7为不同斜视角下的点目标成像结果的实际分辨率示意图。
具体实施方式
下面结合具体的雷达参数对本发明的点目标回波信号进行处理来验证该信号处理方法的有效性。
表1给出了雷达基本参数
参数 取值
SAR平台的飞行速度
Figure 423948DEST_PATH_IMAGE001
(m/s)		 250
天线与场景带中心的斜视距离r(Km) 13
载频
Figure 896518DEST_PATH_IMAGE016
(GHz)		 10
脉宽
Figure 557437DEST_PATH_IMAGE042
(s)
Figure 482668DEST_PATH_IMAGE043
带宽
Figure 769293DEST_PATH_IMAGE044
(MHz)		 100
频率重复周期T(s)
Figure 96369DEST_PATH_IMAGE045
合成孔径长度l(m) 300
分别对点目标和点阵目标的回波信号按以下步骤进行成像处理，该成像处理利用软件matlab进行仿真处理。
如图2所示，本发明的一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，该方法的具体步骤如下：
(1)构建回波信号模型，获取点目标的回波信号
机载SAR 采用沿横向布天线阵列，获取目标的回波信号，目标的回波信号的三个方向分别表示距离向(高度方向)，方位向 (雷达飞行方向)和横向（沿天线阵方向），SAR的天线阵平行于Y轴，X轴为方位向，Z轴为距离向，SAR平台沿X轴飞行，速度为
Figure 190839DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 603366DEST_PATH_IMAGE002
时刻机载SAR的x坐标为
Figure 365786DEST_PATH_IMAGE003
，SAR工作波长为
Figure 609685DEST_PATH_IMAGE004
，r为初始时刻机载SAR与目标的距离，
Figure 64937DEST_PATH_IMAGE002
为方位向的慢时间，
Figure 777810DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角，在时域进行距离徙动校正，即，校正距离徙动的慢时间的一次项，得到时域校正后的斜距，其计算表达式为：
              
Figure 343920DEST_PATH_IMAGE046
                        (1)
其中，
Figure 442326DEST_PATH_IMAGE007
为多普勒中心频率，r为初始时刻机载SAR与目标的距离，为方位向的慢时间，v为SAR平台飞行速度，
Figure 268648DEST_PATH_IMAGE004
为SAR工作波长，
Figure 372870DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角；
根据机载SAR的回波信号原理，获取点目标的回波信号，其计算表达式为：
   
Figure 591362DEST_PATH_IMAGE008
        (2)
其中，为距离向快时间，
Figure 810302DEST_PATH_IMAGE002
为方位向时间，
Figure 983794DEST_PATH_IMAGE010
和分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 24748DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率，c为电磁波在空间的传播速度；
(3)信号成像处理步骤
对点目标的回波信号的处理，得到压缩后的的SAR图像信号，该方法的具体步骤如下：
(2-1)：对点目标信号进行距离向快速傅里叶变换和方位向快速傅里叶变换
首先，对点目标回波信号进行距离向快速傅里叶变换，将该信号变换到距离频率-方位时间域，再对该距离频率-方位时间域信号进行方位向快速傅里叶变换，得到回波信号的二维频谱，其计算表达式为：
               (3)
其中，c为电磁波在空间的传播速度，
Figure 377025DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，为方位向频域信号频率，为载频，c为电磁波在空间的传播速度，v为SAR平台飞行速度；
(2-2)：距离向傅里叶逆变换并对其信号相位进行精确处理
对二维信号频谱的相位进行Legendre多项式展开，其计算表达式为：
                           (4)
其中，
Figure 355159DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数，
Figure 402750DEST_PATH_IMAGE002
为方位向时间，
Figure 712508DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 783233DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 649688DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
利用驻留相位定理对二维信号频谱沿距离向作快速傅里叶逆变换，得到其相位因子， 其计算表达式为：
       
Figure 551785DEST_PATH_IMAGE019
             (5)
其中，
Figure 32445DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 137936DEST_PATH_IMAGE016
为载频，
Figure 995033DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 689320DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 403198DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
对式(5)中的根号项内
Figure 258634DEST_PATH_IMAGE014
进行Legendre展开至二次项， 其计算表达式为：
Figure 653843DEST_PATH_IMAGE021
 (6)
其中，
Figure 202636DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数，
Figure 352995DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 620028DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 553349DEST_PATH_IMAGE012
为距离向调频率；
将式(6)整理得到如下计算表达式：
        
Figure 35277DEST_PATH_IMAGE022
               (7)
其中，
Figure 294220DEST_PATH_IMAGE023
，导出新的距离向调频率
Figure 845287DEST_PATH_IMAGE024
和弯曲因子
Figure 847878DEST_PATH_IMAGE025
；
(2-3)：乘以Chirp Scaling因子
构造Chirp Scaling函数，其计算表达式为：
            
Figure 184313DEST_PATH_IMAGE026
             (8)
其中，
Figure 348578DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 590203DEST_PATH_IMAGE024
为距离向调频率，
Figure 193223DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子；
将
Figure 571115DEST_PATH_IMAGE028
与Chirp Scaling函数相乘得到如下计算表达式：
Figure 984910DEST_PATH_IMAGE029
(9)
其中，
Figure 448252DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位，
Figure 854963DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子，
Figure 352940DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离；
(2-4)：距离向傅里叶变换
将式(9)信号沿着距离向进行快速傅里叶变换，得到二维频谱， 其计算表达式为：
 
Figure 859008DEST_PATH_IMAGE031
 (10)
其中，为残留相位，
Figure 767850DEST_PATH_IMAGE025
为弯曲因子，
Figure 120334DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 859620DEST_PATH_IMAGE018
分别为Legendre展开系数；
(2-5)：乘以距离补偿因子
为了进行距离压缩，二次距离压缩，距离迁徙校正，构造距离向补偿因子， 其计算表达式为：
      
Figure 297555DEST_PATH_IMAGE032
            (11)
其中，
Figure 796800DEST_PATH_IMAGE024
为距离向调频率，为弯曲因子，
Figure 117240DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，为距离向频域信号频率，
Figure 329096DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率；
将(10)式与距离补偿因子相乘，得到如下计算表达式：
Figure 469221DEST_PATH_IMAGE033
(12)
其中，
Figure 753572DEST_PATH_IMAGE014
为距离向频域信号频率，
Figure 900520DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率，
Figure 990835DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 172418DEST_PATH_IMAGE011
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 440719DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位；
(2-6)：距离向傅里叶逆变换
对乘以补偿因子后二维频域信号做距离向傅里叶逆变换，变换到距离向时域，其计算表达式为：
   (13)
其中，
Figure 906653DEST_PATH_IMAGE035
为信号带宽，
Figure 5059DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位，
Figure 631212DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 562872DEST_PATH_IMAGE011
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 932673DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率；
(2-7)：乘以方位补偿因子
为了进行方位压缩和剩余距离徙动校正，构造方位补偿因子， 其计算表达式为：
Figure 88848DEST_PATH_IMAGE036
           (14)
其中，为方位向频域信号频率,
Figure 557056DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位,
Figure 464969DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角,r为初始时刻机载SAR与目标的距离；
将(13)式与方位补偿因子相乘，得到如下计算表达式：
   (15)
其中，
Figure 256655DEST_PATH_IMAGE015
为方位向频域信号频率,
Figure 415104DEST_PATH_IMAGE030
为残留相位,
Figure 126708DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角,r为初始时刻机载SAR与目标的距离,
Figure 257475DEST_PATH_IMAGE004
为SAR工作波长；
(2-8)：方位向傅里叶逆变换得到压缩后的SAR图像信号
对乘以补偿因子后的距离向时域信号做方位向傅里叶变换，变换到方位向时域，忽略常数系数得到最终压缩后的SAR图像信号， 其计算表达式为：
          
Figure 209382DEST_PATH_IMAGE038
                    (16)
其中,
Figure 527231DEST_PATH_IMAGE039
为多普勒带宽,
Figure 104843DEST_PATH_IMAGE040
为点目标位置,为点目标后向散射系数,
Figure 399875DEST_PATH_IMAGE035
为信号带宽，
Figure 18069DEST_PATH_IMAGE027
为场景参考距离，
Figure 71476DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角，v为SAR平台飞行速度；
图3为本发明的斜视角为40°的点目标信号各阶段的成像示意图，(a)(b)(c)(d)各阶段分别为点目标信号校正距离走动前的R-D域图像、点目标信号校正距离走动后的R-D域图像、点目标信号距离压缩后的R-D域图像、点目标信号最终成像结果图像。其中，对于(a)阶段产生的图像，横轴为多普勒域，纵轴为距离域，图中的黑条带表示的是点目标没有经过距离走动校正，在R-D域显示的图像。对于(b)阶段产生的图像,横轴为多普勒域，纵轴为距离域，图中的黑条带表示的是点目标经过距离走动校正，在R-D域显示的图像。对于(c)阶段产生的图像,横轴为多普勒域，纵轴为距离域，图中表示了点目标信号经过距离走动校正和距离压缩后的图像。对于(d)阶段产生的图像,横轴表示方位向，纵轴表示距离向，表示的是点目标信号经过本发明的处理后的成像结果，从图中可以明显的看出，在大斜视角下，对点目标的成像依然保持着良好的成像效果。
    图4为不同斜视角下点目标成像结果的示意图，图中表示的是从30°到65°的点目标的最终成像结果图，对比不同斜视角下点目标的成像效果,从图中可以看出，随着斜视角的不断增大，其点目标的成像越来越模糊，由于斜视角较大时，存在的距离徙动残余较大方位聚焦性能受到影响，当斜视角增大到65°后就不能成像，本发明能够处理的最大斜视角为65°。
    图5为不同斜视角下的峰值旁瓣比的示意图，其中横轴为斜视角的度数，纵轴为峰值旁瓣比，图中表示了点阵目标分别在场景中心和场景边缘成像的峰值旁瓣比，小圆圈表示的是场景中心，小正方形表示的是场景边缘，从峰值旁瓣比的角度来评价不同斜视角不同场景下的成像效果，从图中可以看出，场景中心的图像质量普遍比场景边缘要好，随着斜视角的增加，其峰值旁瓣比下降并不严重，在斜视角达到65°时，在场景中心其峰值旁瓣比依然可以达到-13.14dB，与理论相符，表现出了良好的成像性能。
    图6为不同斜视角下的积分旁瓣比的示意图，其中横轴为斜视角的度数，纵轴为积分旁瓣比，图中表示了点阵目标分别在场景中心和场景边缘成像的积分旁瓣比，小圆圈表示的是场景中心，小正方形表示的是场景边缘，从积分旁瓣比的角度来评价不同斜视角不同场景下的成像效果，从图中可以看出，场景中心的图像质量普遍比场景边缘要好，随着斜视角的增加，其积分旁瓣比下降并不严重，在斜视角达到65°时，在场景中心其积分旁瓣比依然可以达到-10.29dB，与理论相符，表现出了良好的成像性能。
    图7为不同斜视角下的点目标成像结果的实际分辨率示意图，其中横轴为斜视角的度数，纵轴为实际分辨率，图中表示了点阵目标分别在场景中心和场景边缘成像的实际分辨率，小圆圈表示的是场景中心，小正方形表示的是场景边缘，从实际分辨率的角度来评价不同斜视角不同场景下的成像效果，从图中可以看出，随着斜视角的增大，其实际分辨率越来越低，在斜视角为65°时，其实际分辨率为7.5m左右，与理论相符，展现了良好的成像性能。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种适用于大斜视角的机载SAR成像方法，其特征在于，其具体步骤如下：
(1)构建回波信号模型，获取点目标的回波信号：机载SAR 采用沿横向布天线阵列，获取目标的回波信号，目标的回波信号的三个方向分别表示距离向，即高度方向、方位向，即雷达飞行方向，和横向，即沿天线阵方向；SAR的天线阵平行于Y轴，X轴为方位向，Z轴为距离向，SAR平台沿X轴飞行，速度为                                                
Figure 119508DEST_PATH_IMAGE001
，时刻机载SAR的x坐标为，SAR工作波长为
Figure 812023DEST_PATH_IMAGE004
，r为初始时刻机载SAR与目标的距离，
Figure 771889DEST_PATH_IMAGE002
为方位向的慢时间，
Figure 236499DEST_PATH_IMAGE005
为SAR的斜视角，在时域进行距离徙动校正，即，校正距离徙动的慢时间的一次项，得到时域校正后的斜距，其计算表达式为：
Figure 16237DEST_PATH_IMAGE006
      （2）信号成像处理步骤：对点目标的回波信号的处理，得到压缩后的的SAR图像信号，该方法的具体步骤如下：
(2-1)：对点目标信号进行距离向快速傅里叶变换和方位向快速傅里叶变换
首先，对点目标回波信号进行距离向快速傅里叶变换，将该信号变换到距离频率-方位时间域，再对该距离频率-方位时间域信号进行方位向快速傅里叶变换，得到回波信号的二维频谱，其计算表达式为：
    
Figure 473763DEST_PATH_IMAGE007
Figure 101184DEST_PATH_IMAGE008
 
Figure 923647DEST_PATH_IMAGE009
(2-3)：乘以Chirp Scaling因子
构造Chirp Scaling函数，其计算表达式为：
Figure 252997DEST_PATH_IMAGE010
将
Figure 451897DEST_PATH_IMAGE011
与Chirp Scaling函数相乘得到如下计算表达式：
Figure 930896DEST_PATH_IMAGE012
(2-4)：距离向傅里叶变换：将式(9)信号沿着距离向进行快速傅里叶变换，得到二维频谱， 其计算表达式为：
Figure 924259DEST_PATH_IMAGE013
 (2-5)：乘以距离补偿因子
为了进行距离压缩，二次距离压缩，距离迁徙校正，构造距离向补偿因子， 其计算表达式为：
Figure 678589DEST_PATH_IMAGE014
  (11)
其中，
Figure 743497DEST_PATH_IMAGE015
为距离向调频率，
Figure 266882DEST_PATH_IMAGE016
为弯曲因子，为场景参考距离，为距离向频域信号频率，
Figure 88841DEST_PATH_IMAGE019
为方位向频域信号频率；
将(10)式与距离补偿因子相乘，得到如下计算表达式：
Figure 279782DEST_PATH_IMAGE020
    (12)
其中，
Figure 880528DEST_PATH_IMAGE021
为距离向频域信号频率，
Figure 406187DEST_PATH_IMAGE022
为方位向频域信号频率，
Figure 750581DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 982979DEST_PATH_IMAGE024
分别为距离向调窗函数和方位向调窗函数，
Figure 567675DEST_PATH_IMAGE025
为残留相位；     
 (2-6)：距离向傅里叶逆变换
对乘以补偿因子后二维频域信号做距离向傅里叶逆变换，变换到距离向时域，其计算表达式为：
Figure 518314DEST_PATH_IMAGE026
Figure 400819DEST_PATH_IMAGE027
(2-8)：方位向傅里叶逆变换得到压缩后的SAR图像信号
对乘以补偿因子后的距离向时域信号做方位向傅里叶变换，变换到方位向时域，忽略常数系数得到最终压缩后的SAR图像信号， 其计算表达式为：
Figure 625740DEST_PATH_IMAGE028
。
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