CN103323841B - 星机载移变式双基合成孔径雷达中的成像方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星机载移变式双基合成孔径雷达(SAR)中的成像方法,包括:当星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号;使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正;将所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号;使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。本发明还同时公开了一种星机载移变式双基SAR中的成像装置,采用本发明能补偿目标对斜距的依赖性,进而使成像更精确。
Description
技术领域
本发明涉及微波遥感监测领域,尤其涉及一种星机载移变式双基合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)中的成像方法及装置。
背景技术
星机载移变式双基SAR是一种将雷达的发射机和接收机装置于不同载体平台,用于提高系统设计以及运行中的成像能力、抗干扰能力、可靠性和灵活度的装置。
目前,星机载移变式双基SAR中的成像方法为:将收到的回波信号变换到二维频域中,对二维频域回波数据进行处理,将处理后的回波信号逆变换到时域得到图像。上述成像方法中,所述对二维频域回波数据进行处理为:根据场景中心点到载体平台航迹的最短斜距即参考斜距,消除二维频域回波数据中的距离向相位。但是,在航行过程中不同位置处,接收目标的回波数据的距离是不同的,若对回波数据均采用相同的参考斜距进行处理,就无法补偿目标对斜距的依赖性,进而导致成像不够精确。
可见,现有技术中星机载移变式双基SAR中的成像方法,由于没有根据航行过程中不同位置处接收目标的回波数据的距离不同,对回波数据采用不同的参考斜距进行处理,导致无法补偿目标对斜距的依赖性,进而导致成像不够精确。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种星机载移变式双基SAR中的成像方法及装置,能补偿目标对斜距的依赖性,进而使成像更精确。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
本发明提供了一种星机载移变式双基SAR中的成像方法,该方法包括:
当星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号;
使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正;
将所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号;
使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。
上述方案中,所述使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行距离向相位校正,包括:对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中、各个距离门的距离向相位。
上述方案中,所述对二维频域回波信号进行一致距离向调制,包括:将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,得到完成一致距离向调制的二维频域回波信号。
上述方案中,所述距离向斜距可变式频域滤波函数,为:根据随各个距离门而变化的斜距建立的频域滤波函数。
上述方案中,所述对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像,包括:将方位向斜距可变式时域滤波函数,与时域回波信号相乘得到校正后的图像。
上述方案中,所述方位向斜距可变式时域滤波函数,为:根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数。
本发明还提供了一种星机载移变式双基SAR中的成像装置,该装置包括:变换模块、频域滤波模块、逆变换模块和时域滤波模块;其中,
变换模块,用于当所在星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号,对回波信号进行二维傅里叶变换,将得到的二维频域回波信号发送给频域滤波模块;
频域滤波模块,用于使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对变换模块发来的二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正,将完成距离向相位校正的二维频域回波信号发送给逆变换模块;
逆变换模块,用于将频域滤波模块发来的所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号,将时域回波信号发送给时域滤波模块;
时域滤波模块,用于使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对逆变换模块发来的时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。
上述方案中,所述频域滤波模块,具体用于对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中、各个距离门的距离向相位。
上述方案中,所述频域滤波模块,具体用于将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,得到完成一致距离向调制的二维频域回波信号。
上述方案中,所述频域滤波模块,具体用于将根据随各个距离门而变化的斜距建立的频域滤波函数作为距离向斜距可变式频域滤波函数。
上述方案中,所述时域滤波模块,具体用于将方位向斜距可变式时域滤波函数,与时域回波信号相乘得到校正后的图像。
上述方案中,所述时域滤波模块,具体用于将根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数,作为方位向斜距可变式时域滤波函数。
本发明所提供的星机载移变式双基SAR中的成像方法及装置,能够使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行多个距离门对应的距离向相位的校正后,将二维频域回波信号转换为时域回波信号;以及使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行多个方位向校正得到图像。如此,能根据所在载体航行过程中不同位置处,接收目标的回波数据的不同距离,对回波数据采用不同的参考斜距进行处理,从距离向和方位向两个角度,根据可变的斜距建立的距离向斜距可变式频域滤波函数、以及方位向斜距可变式时域滤波函数,对回波信号进行校正,补偿目标对斜距的依赖性,进而使成像更精确。
附图说明
图1为本发明星机载移变式双基SAR中的成像方法流程示意图;
图2为本发明星机载移变式双基SAR中的成像装置的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想是:当星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号;使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正;将所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号;使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明提出的星机载移变式双基SAR中的成像方法,如图1所示,包括以下步骤:
步骤101:当星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号。
这里,所述星机载移变式双基SAR开始进行成像处理可以根据实际情况设置进入成像模式,这里不做赘述;所述回波信号的接收为星机载移变式双基SAR的现有技术,这里不做赘述;所述二维傅里叶变换,为现有技术,这里不做赘述。
其中,所述二维频域回波信号可以表示为:
G(fτ,f)=W(fτ)W(f)×σ(τ0R,r0R)Sl(f)exp[-jΨB(fτ,f)];
其中,W(fτ)和W(f)分别为方位向和距离向天线放线图,获取方法为现有技术,这里不做赘述;σ(.)为目标点的后散射系数,获取方式为现有技术,这里不做赘述;Sl(f)为二维频域发射信号,其表达方式为现有技术,这里不做赘述;ΨB(fτ,f)为二维频域发射信号的相位对距离依赖成分,可以表示为:
ΨB(fτ,f)=ΦM(fτ,f,r0R)+2πβA(r0R)τ0Rfτ+ΦRes(τ0R,r0R);其中,
ΦRes(τ0R,r0R)=2π[fDcT-kT(fDcR+fDcT)]×(p10+p11r0R+p12τ0R)+2π[fDcR-kR(fDcR+fDcT)]τ0RβA(ri)为依赖目标斜距的方位向调制因子,表示为βA(ri)=kR+p12kT;
其中,τ0R为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,τ0T为发射机多普勒频率可以表示为τ0T=p10+p11r0R+p12τ0R,r0R为点目标到接收机航迹的最短距离,r0T为点目标到发射机航迹的最短距离,c为信号传输速度,f为距离向频率变量,fτ为方位向频率变量,TCS为方位向合成孔径时间;kT和kR分别为发射机和接收机的多普勒加权因子,表示为 LCS为方位向合成孔径宽度,fτT为发射机多普勒频率,fτR为接收机多普勒频率,fDcT为发射机多普勒中心频率,fDcR为接收机多普勒中心频率;KaT为发射机天线方向图,KaR为接收机天线方向图,TCS为方位向合成孔径时间。
步骤102:使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正。
具体的,对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中、各个距离门的距离向相位。
这里,所述对二维频域回波信号进行一致距离向调制为:将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,消除二维频域回波信号中的一致距离向调制,进而区分不同距离门的回波能量;所述二维频域发射信号的共轭函数的计算方法为现有技术,这里不做赘述。
所述距离向斜距可变式频域滤波函数为将现有频域滤波函数中的斜距替换为根据随各个距离门而变化的斜距,建立频域滤波函数,可以表示为:
HM(fτ,f,ri)=exp{jΦM(fτ,f,r0R=ri)},其中,
其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;其中T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fτT为发射机多普勒频率,fτR为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,r0T为点目标到发射机航迹的最短距离。
所述使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中的距离向相位为:使用距离向斜距可变式频域滤波函数,与距离压缩后的二维频域回波信号相乘后,沿各个距离门进行方位向累加计算;
具体表示为:
其中,W(fτ)和W(f)分别为方位向和距离向天线放线图,获取方法为现有技术,这里不做赘述;f为距离向频率变量,fτ为方位向频率变量;σ(.)为目标点的后散射系数,获取方式为现有技术,这里不做赘述;r0R为点目标到接收机航迹的最短距离,ri表示位于第i个距离门的目标距离SAR接收机的最短斜距。
步骤103:将所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号。
这里,所述方位向变标傅里叶变换为对使用可变斜距对校正距离向相位的二维频域回波信号进行变换,具体表达为:
其中,pa(.)为方位向sinc函数包络,σ(.)为目标点的后散射系数,获取方式为现有技术,这里不做赘述;rect[.]为矩形脉冲表达式,为现有技术,这里不做赘述;ρr(.)为距离向sinc函数包络,vR为接收机平台航行速度,τ0R为接收机多普勒频率,LCS为方位向合成孔径宽度,vT为发射机平台航行速度,τ0T为发射机多普勒频率,fτ为方位向频率变量。
步骤104:使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。
这里,所述方位向斜距可变式时域滤波函数为根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数,可以表示为:exp{jΦRes(τ0R,ri)};其中,ΦRes(τ0R,ri)=2π[fDcT-kT(fDcR+fDcT)]×(p10+p11ri+p12τ0R)+2π[fDcR-kR(fDcR+fDcT)]τ0R,其中,τ0R为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,p10+p11ri+p12τ0R为发射机多普勒频率,ri表示位于第i个距离门的目标距离SAR接收机的最短斜距,可以使用下述公式计算:其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fDcT为发射机多普勒中心频率,fDcR为接收机多普勒中心频率,kT和kR分别为发射机和接收机的多普勒加权因子,表示为
所述图像可以使用下述公式计算:
其中,g3(τ,t,τ0R,ri)为步骤103中方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号,pa(.)和pr(.)分别表示方位向和距离向sinc函数包络,σ(.)为目标点的后散射系数,获取方式为现有技术,这里不做赘述;rect[.]为矩形脉冲表达式,为现有技术,这里不做赘述;vR为接收机平台航行速度,τ0R为接收机多普勒频率,LCS为方位向合成孔径宽度,vT为发射机平台航行速度,τ0T为发射机多普勒频率。
如图2所示,本发明提供了一种星机载移变式双基SAR中的成像装置,该装置包括:变换模块21、频域滤波模块22、逆变换模块23和时域滤波模块24;其中,
变换模块21,用于当所在星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,将得到的二维频域回波信号发送给频域滤波模块22;
频域滤波模块22,用于使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对变换模块21发来的二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正,将完成距离向相位校正的二维频域回波信号发送给逆变换模块23;
逆变换模块23,用于将频域滤波模块22发来的所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号,将时域回波信号发送给时域滤波模块24;
时域滤波模块24,用于使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对逆变换模块23发来的时域回波信号进行各个方位向校正得到图像。
所述频域滤波模块22,具体用于对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中、各个距离门的距离向相位。
所述频域滤波模块22,具体用于将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,消除二维频域回波信号中的一致距离向调制,进而区分不同距离门的回波能量;所述二维频域发射信号的共轭函数的计算方法为现有技术,这里不做赘述。
所述频域滤波模块22,具体用于根据随各个距离门而变化的斜距建立的频域滤波函数,作为距离向斜距可变式频域滤波函数,可以表示为:
HM(fτ,f,ri)=exp{jΦM(fτ,f,r0R=ri)},其中,
其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;其中T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fτT为发射机多普勒频率,fτR为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,r0T为点目标到发射机航迹的最短距离。
所述频域滤波模块22,具体用于使用距离向斜距可变式频域滤波函数,与距离压缩后的二维频域回波信号相乘后进行积分计算,对变换模块21发来的二维频域回波信号进行距离向相位校正。
所述时域滤波模块24,具体用于保存根据随不同方位向而变化的斜距,建立的时域滤波函数,作为方位向斜距可变式时域滤波函数可以表示为:
exp{jΦRes(τ0R,ri)};其中,ΦRes(τ0R,ri)=2π[fDcT-kT(fDcR+fDcT)]×(p10+p11ri+p12τ0R)+2π[fDcR-kR(fDcR+fDcT)]τ0R,其中,τ0R为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,p10+p11ri+p12τ0R为发射机多普勒频率,ri表示位于第i个距离门的目标距离SAR接收机的最短斜距,可以使用下述公式计算:其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fDcT为发射机多普勒中心频率,fDcR为接收机多普勒中心频率,kT和kR分别为发射机和接收机的多普勒加权因子,表示为
所述时域滤波模块24,具体用于使用方位向斜距可变式时域滤波函数对图像进行校正,具体使用下述公式计算:
其中,g3(τ,t,τ0R,ri)为方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号,pa(.)和pr(.)分别表示方位向和距离向sinc函数包络,σ(.)为目标点的后散射系数,获取方式为现有技术,这里不做赘述;rect[.]为矩形脉冲表达式,为现有技术,这里不做赘述;vR为接收机平台航行速度,τ0R为接收机多普勒频率,LCS为方位向合成孔径宽度,vT为发射机平台航行速度,τ0T为发射机多普勒频率。
上述装置可以作为逻辑模块安装于现有的星机载移变式双基SAR中。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种星机载移变式双基合成孔径雷达SAR中的成像方法,其特征在于,该方法包括:
当星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号;
使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正;
将所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号;
使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像;
其中,所述距离向斜距可变式频域滤波函数为利用随各个距离门变化的斜距建立距离向斜距可变式频域滤波函数:HM(fτ,f,ri)=exp{jΦM(fτ,f,r0R=ri)},其中,
其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;其中T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fτT为发射机多普勒频率,fτR为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,r0T为点目标到发射机航迹的最短距离,f为距离向频率变量,fτ为方位向频率变量,r0R为点目标到接收机航迹的最短距离;
所述方位向斜距可变式时域滤波函数为根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数表示为:exp{jΦRes(τ0R,ri)};其中,ΦRes(τ0R,ri)=2π[fDcT-kT(fDcR+fDcT)]×(p10+p11ri+p12τ0R)+2π[fDcR-kR(fDcR+fDcT)]τ0R,
其中,τ0R为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,p10+p11ri+p12τ0R为发射机多普勒频率,ri表示位于第i个距离门的目标距离SAR接收机的最短斜距,使用下述公式计算:其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距;T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fDcT为发射机多普勒中心频率,fDcR为接收机多普勒中心频率,kT和kR分别为发射机和接收机的多普勒加权因子。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对二维频域回波信号进行距离向相位校正,包括:对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中各个距离门的距离向相位。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述对二维频域回波信号进行一致距离向调制,包括:将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,得到完成一致距离向调制的二维频域回波信号。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述距离向斜距可变式频域滤波函数,为:根据随各个距离门而变化的斜距建立的频域滤波函数。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对时域回波信号进行各个方位向校正得到图像,包括:将方位向斜距可变式时域滤波函数,与时域回波信号相乘得到校正后的图像。
6.根据权利要求1或5所述的方法,其特征在于,所述方位向斜距可变式时域滤波函数,为:根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数。
7.一种星机载移变式双基SAR中的成像装置,其特征在于,该装置包括:变换模块、频域滤波模块、逆变换模块和时域滤波模块;其中,
变换模块,用于当所在星机载移变式双基SAR开始进行成像处理时,对接收到的回波信号进行二维傅里叶变换,得到二维频域回波信号,将得到的二维频域回波信号发送给频域滤波模块;
频域滤波模块,用于使用距离向斜距可变式频域滤波函数,对变换模块发来的二维频域回波信号进行各个距离门的距离向相位校正,将完成距离向相位校正的二维频域回波信号发送给逆变换模块;
逆变换模块,用于将频域滤波模块发来的所述校正距离向相位的二维频域回波信号进行方位向变标傅里叶变换得到时域回波信号,将时域回波信号发送给时域滤波模块;
时域滤波模块,用于使用方位向斜距可变式时域滤波函数,对逆变换模块发来的时域回波信号进行各个方位向校正得到图像;
其中,所述距离向斜距可变式频域滤波函数为利用随各个距离门变化的斜距建立距离向斜距可变式频域滤波函数:HM(fτ,f,ri)=exp{jΦM(fτ,f,r0R=ri)},其中,
其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距,其获取方式为现有技术,这里不做赘述;其中T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fτT为发射机多普勒频率,fτR为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,r0T为点目标到发射机航迹的最短距离,f为距离向频率变量,fτ为方位向频率变量,r0R为点目标到接收机航迹的最短距离;
所述方位向斜距可变式时域滤波函数为根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数表示为:exp{jΦRes(τ0R,ri)};其中,ΦRes(τ0R,ri)=2π[fDcT-kT(fDcR+fDcT)]×(p10+p11ri+p12τ0R)+2π[fDcR-kR(fDcR+fDcT)]τ0R,
其中,τ0R为接收机多普勒频率,vT为发射机平台航行速度,vR为接收机平台航行速度,p10+p11ri+p12τ0R为发射机多普勒频率,ri表示位于第i个距离门的目标距离SAR接收机的最短斜距,使用下述公式计算:其中i为大于等于1的整数,当i=1时,r1为近地点目标的距离雷达接收机的最短斜距;T为距离向采样周期,c为信号传输速度,fDcT为发射机多普勒中心频率,fDcR为接收机多普勒中心频率,kT和kR分别为发射机和接收机的多普勒加权因子。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述频域滤波模块,具体用于对二维频域回波信号进行一致距离向调制,再使用距离向斜距可变式频域滤波函数,校正调制后的二维频域回波信号中各个距离门的距离向相位。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,
所述频域滤波模块,具体用于将二维频域回波信号与二维频域发射信号的共轭函数相乘,得到完成一致距离向调制的二维频域回波信号。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,
所述频域滤波模块,具体用于将根据随各个距离门而变化的斜距建立的频域滤波函数作为距离向斜距可变式频域滤波函数。
11.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
所述时域滤波模块,具体用于将方位向斜距可变式时域滤波函数,与时域回波信号相乘得到校正后的图像。
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,
所述时域滤波模块,具体用于将根据随不同方位向而变化的斜距建立的时域滤波函数,作为方位向斜距可变式时域滤波函数。
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