CN109541598B - 一种sar成像质量的旁瓣比评估方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法、设备及存储介质，对SAR图像进行傅里叶变换后选取需要评估的坐标点，以所述待评估坐标点为圆心划出成像区域，提供了旁瓣确定的方式以及按照成像区域中峰值下降3dB的地方分别进行峰值旁瓣比和积分旁瓣比的计算，为实验人员提供评估依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成孔径雷达SAR成像技术领域，更具体地，涉及一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法、设备及存储介质。
背景技术
雷达成像技术应用最广的方面是合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)。当前，机载和星载SAR的应用已十分广泛，已可得到亚米级的分辨率，场景图像的质量可与同类用途的光学图像相媲美。利用SAR的高分辨能力，并结合其它雷达技术，SAR还可完成场景的高程测量，以及在场景中显示地面运动目标。
SAR的高分辨，在径向距离上依靠宽带带信号，几百兆赫的频带可将距离分辨单元缩小到亚米级；方向上则依靠雷达平台运动，等效地在空间形成很长的线性阵列，并将各次回波存贮作合成的阵列处理，这正是合成孔径雷达名称的来源。合成孔径可达几百米或更长，因而可获得高的方位分辨率。
CS(chirpscaling)算法是SAR成像的一种近乎完美的频域处理方法，利用一个相位因子，改变了距离徒动的空间移变特性，使距离徒动校正避免了插值运算，不仅免除了复杂的运算，还很好的保持了图像的相位精度，具有很好的成像效果，而成像后图像性能评估是检验SAR成像算法性能优劣的重要标准，通常都会采用一些数学工具的通用分析功能，然后再根据实验人员的经验判断成像的好坏，这种评估方法比较主观，并且因使用通用分析功能可能出现在SAR成像领域中其分析并不准确的情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法、设备及存储介质，适用于点回波成像的分辨率评估。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，包括以下步骤：
对点回波数据进行快速傅里叶变换FFT和快速傅里叶反变换IFFT，得到SAR成像图像；
获取待评估坐标点，待评估坐标点定位在所述SAR成像图像上；
获取所述待评估坐标点的成像区域半径radii和信号插值倍数insert；
在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值；
在插值后的所述成像区域半径radii内选取峰值位置、以及峰值左右两侧－3dB位置；
获取旁瓣最小初始化值；
根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值，并取两者中较大的一个旁瓣值计算峰值旁瓣比，为：
PSLR＝20*log10(side_datamax/datamax)
其中，side_datamax表示最大旁瓣值，datamax表示峰值；
以峰值左右两侧－3dB位置之间的距离为主瓣宽度，计算积分旁瓣比为：
ISLR＝10*log10(side_Power/main_Power)
其中，main_Power表示主瓣能量，side_Power表示旁瓣能量。
进一步，SAR成像图像的生成包括以下步骤：
对点回波数据进行方位向FFT处理得到回波数据的多普勒频谱；
对方位向FFT处理的频谱乘以一个ChirpScaling因子；
对乘以ChirpScaling因子的频谱进行距离向FFT处理；
对距离向FFT处理的频谱乘以一个距离因子；
对乘以距离因子的频谱进行距离向IFFT处理；
对距离向IFFT处理的频谱乘以一个方位因子；
对乘以方位因子的频谱进行方位向IFFT处理。
进一步，所述多普勒频谱乘以一个ChirpScaling因子之前，将所述多普勒频谱的中心通过坐标变换，移动到计算窗口的坐标原点位置。
进一步，在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值包括以下步骤：
截取一个成像区域，该成像区域以所述待评估坐标点为圆心，radii为半径；
对成像区域进行快速傅里叶变换到频域；
进行频域补零；
对补零后的频域进行快速傅里叶逆变换。
进一步，根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值包括以下步骤：
在成像区域内定位与所述旁瓣最小化初始值相等的坐标点；
该坐标点为当前坐标点，将当前坐标点的值与相邻坐标点的值进行比较，当当前坐标点的值均大于相邻坐标点的值同时大于峰值的三十分之一，当前坐标点为旁瓣的最大值，否则，往主瓣方向取另一坐标点作为当前坐标点继续进行比较。
一种点回波成像质量的分辨率评估设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
本发明的有益效果是：对SAR图像进行傅里叶变换后选取需要评估的坐标点，以所述待评估坐标点为圆心划出成像区域，提供了旁瓣确定的方式以及按照成像区域中峰值下降3dB的地方分别进行峰值旁瓣比和积分旁瓣比的计算，为实验人员提供评估依据。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的整体流程图；
图2是本发明实施例的插值流程示意图；
图3是本发明实施例的峰值旁瓣比流程示意图；
图4是本发明实施例的积分旁瓣比流程示意图。
具体实施方式
参照图1－4，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，包括以下步骤：
对点回波数据进行快速傅里叶变换FFT和快速傅里叶反变换IFFT，得到SAR成像图像；
获取待评估坐标点，待评估坐标点定位在所述SAR成像图像上；
获取所述待评估坐标点的成像区域半径radii和信号插值倍数insert；
在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值；
在插值后的所述成像区域半径radii内选取峰值位置、以及峰值左右两侧－3dB位置；
获取旁瓣最小初始化值；
根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值，并取两者中较大的一个旁瓣值计算峰值旁瓣比，为：
PSLR＝20*log10(side_datamax/datamax)
其中，side_datamax表示最大旁瓣值，datamax表示峰值；
以峰值左右两侧－3dB位置之间的距离为主瓣宽度，计算积分旁瓣比为：
ISLR＝10*log10(side_Power/main_Power)
其中，main_Power表示主瓣能量，side_Power表示旁瓣能量。
本实施例给出了SAR图像经过插值后进行峰值旁瓣比和积分旁瓣比计算的公式，其中峰值旁瓣比的计算过程中，需要先获取到旁瓣的位置，这时候需要实验员输入一个最小初始值的数据给计算机开始逐点查找，从而确定左右两个旁瓣值，由于SAR图像根据截面不同，左右两侧的旁瓣不一定是对称的，因此这次取左右两侧中较大的一个来进行旁瓣比计算，而积分旁瓣比的计算则基于主瓣的－3dB位置，两个旁瓣比计算方式的特点是能够很好地匹配SAR点回波成像的谷峰分布，相比一般数学工具软件的通用分析方法更具有专用性。
优选地，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，SAR成像图像的生成包括以下步骤：
对点回波数据进行方位向FFT处理得到回波数据的多普勒频谱；
对方位向FFT处理的频谱乘以一个ChirpScaling因子；
对乘以ChirpScaling因子的频谱进行距离向FFT处理；
对距离向FFT处理的频谱乘以一个距离因子；
对乘以距离因子的频谱进行距离向IFFT处理；
对距离向IFFT处理的频谱乘以一个方位因子；
对乘以方位因子的频谱进行方位向IFFT处理。
本实施例给出了基于CS算法的SAR点回波成像图像处理方法，正向经过FFT并与ChirpScaling因子和距离因子相乘，然后反向经过IFFT并与距离因子和方位因子相乘，最终得到SAR成像数据。其中，与距离因子相乘的目的在于进行距离压缩和距离徒动校正，与方位因子相乘的目的在于方位压缩和剩余距离徒动校正。
优选地，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，所述多普勒频谱乘以一个ChirpScaling因子之前，将所述多普勒频谱的中心通过坐标变换，移动到计算窗口的坐标原点位置。本实施例中通过中心的移动便于数学计算。
优选地，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值包括以下步骤：
截取一个成像区域，该成像区域以所述待评估坐标点为圆心，radii为半径；
对成像区域进行快速傅里叶变换到频域；
进行频域补零；
对补零后的频域进行快速傅里叶逆变换。
本实施例给出了插值方法，其中频域补零的方法有多种，根据SAR成像图像的特点可以选择不同补零方式，在此不一一详述，通过频域补零再进行IFFT即完成信号插值。
优选地，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值包括以下步骤：
在成像区域内定位与所述旁瓣最小化初始值相等的坐标点；
该坐标点为当前坐标点，将当前坐标点的值与相邻坐标点的值进行比较，当当前坐标点的值均大于相邻坐标点的值同时大于峰值的三十分之一，当前坐标点为旁瓣的最大值，否则，往主瓣方向取另一坐标点作为当前坐标点继续进行比较。
本实施例的坐标点的值的判断式为：
[data(i)＞data(i－1)]&[data(i)＞data(i+1)]&[data(i)＞max/30]
其中，data(i)为当前坐标点的值，相邻坐标点的值分别用data(i－1)和data(i+1)表示，max为峰值。
一种点回波成像质量的分辨率评估设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如上述任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
参照图1－3，本发明的一个实施例提供了一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，包括以下步骤：
对点回波数据进行方位向FFT处理得到回波数据的多普勒频谱；
将所述多普勒频谱的中心通过坐标变换，移动到计算窗口的坐标原点位置；
对变换后的频谱乘以一个ChirpScaling因子，ChirpScaling因子为
其中，Φ1(τ，fη；rref)是调频变标函数，rref表示参考斜距，fη表示方位频率，Ks表示调频率，τ表示脉冲宽度，Cs表示Chirp Scaling因子；
对乘以Chirp Scaling因子的频谱进行距离向FFT处理；
对距离向FFT处理的频谱乘以一个距离因子，距离因子为
其中，Φ2(fτ；fη；rref)表示距离向处理函数，fτ表示距离频率；
对乘以距离因子的频谱进行距离向IFFT处理；
对距离向IFFT处理的频谱乘以一个方位因子，方位因子为
其中，Φ3(τ；fη；r)表示方位向处理函数，λ表示波长，v表示速度；
对乘以方位因子的频谱进行方位向IFFT处理；
至此成像运算结束，在图像结果中选择感兴趣的坐标点，可进行成像质量评估，在本实施例中，分辨率评估的方法如下：
获取待评估坐标点，待评估坐标点定位在所述SAR成像图像上；
获取所述待评估坐标点的成像区域半径radii和信号插值倍数insert；
在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值；
在插值后的所述成像区域半径radii内选取峰值位置、以及峰值左右两侧－3dB位置；
获取旁瓣最小初始化值；
根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值，并取两者中较大的一个旁瓣值计算峰值旁瓣比，为：
PSLR＝20*log10(side_datamax/datamax)
其中，side_datamax表示最大旁瓣值，datamax表示峰值；
以峰值左右两侧－3dB位置之间的距离为主瓣宽度，计算积分旁瓣比为：
ISLR＝10*log10(side_Power/main_Power)
其中，main_Power表示主瓣能量，side_Power表示旁瓣能量。
对SAR图像进行傅里叶变换后选取需要评估的坐标点，以所述待评估坐标点为圆心划出成像区域，提供了旁瓣确定的方式以及按照成像区域中峰值下降3dB的地方分别进行峰值旁瓣比和积分旁瓣比的计算，为实验人员提供评估依据。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
对点回波数据进行快速傅里叶变换FFT和快速傅里叶反变换IFFT，得到SAR成像图像；
获取待评估坐标点，待评估坐标点定位在所述SAR成像图像上；
获取所述待评估坐标点的成像区域半径radii和信号插值倍数insert；
在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值；
在插值后的所述成像区域半径radii内选取峰值位置以及峰值左右两侧-3dB位置；
获取旁瓣最小初始化值；
根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值，并取两者中较大的一个旁瓣值计算峰值旁瓣比，为：
PSLR＝20*log10(side_datamax/datamax)
其中，side_datamax表示最大旁瓣值，datamax表示峰值；
以峰值左右两侧-3dB位置之间的距离为主瓣宽度，计算积分旁瓣比为：
ISLR＝10*log10(side_Power/main_Power)
其中，main_Power表示主瓣能量，side_Power表示旁瓣能量。
2.根据权利要求1所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，其特征在于：SAR成像图像的生成包括以下步骤：
对点回波数据进行方位向FFT处理得到回波数据的多普勒频谱；
对方位向FFT处理的频谱乘以一个Chirp Scaling因子；
对乘以Chirp Scaling因子的频谱进行距离向FFT处理；
对距离向FFT处理的频谱乘以一个距离因子；
对乘以距离因子的频谱进行距离向IFFT处理；
对距离向IFFT处理的频谱乘以一个方位因子；
对乘以方位因子的频谱进行方位向IFFT处理。
3.根据权利要求2所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，其特征在于：所述多普勒频谱乘以一个Chirp Scaling因子之前，将所述多普勒频谱的中心通过坐标变换，移动到计算窗口的坐标原点位置。
4.根据权利要求1所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，其特征在于：在所述成像区域半径radii内进行insert倍数的插值包括以下步骤：
截取一个成像区域，该成像区域以所述待评估坐标点为圆心，radii为半径；
对成像区域进行快速傅里叶变换到频域；
进行频域补零；
对补零后的频域进行快速傅里叶逆变换。
5.根据权利要求1所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法，其特征在于：根据旁瓣最小化初始值确定峰值左右侧的旁瓣值包括以下步骤：
在成像区域内定位与所述旁瓣最小化初始值相等的坐标点；
该坐标点为当前坐标点，将当前坐标点的值与相邻坐标点的值进行比较，当当前坐标点的值均大于相邻坐标点的值同时大于峰值的三十分之一，当前坐标点为旁瓣的最大值，否则，往主瓣方向取另一坐标点作为当前坐标点继续进行比较。
6.一种SAR成像质量的旁瓣比评估设备，其特征在于：包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1-5任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-5任一项所述的一种SAR成像质量的旁瓣比评估方法。
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