CN109613534B - 一种基于方位deramp的方位NCS成像方法、系统、介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于方位deramp的方位NCS成像方法、系统、介质及设备，该方法包括：将距离脉压及走动校正后的距离频域‑方位时域信号进行方位deramp处理；将经过方位deramp处理的距离频域‑方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像。本发明把方位deramp与方位NCS两种处理技术较好地结合起来，从而能够处理大转角(高分辨)、大斜视聚束SAR数据，兼顾了高精度聚焦与高效率处理需求。

Description

一种基于方位deramp的方位NCS成像方法、系统、介质及设备
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达方位向成像方法，特别是一种基于方位deramp的方位NCS成像方法、系统、介质及设备。
背景技术
在聚束SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)中，通过采用大的波束转角来获取高的方位分辨率，方位等效带宽一般大于脉冲重复频率，常通过方位deramp处理来去除方位频谱的混叠，方位deramp后得到粗聚焦的SAR图像。在聚束SAR中，不仅有大转角，往往还有大斜视。大斜视下方位聚焦深度有限，表现为偏离方位场景中心的目标的图像散焦。一种有效的解决方法是采用方位NCS(Nonlinear Chirp Scaling，非线性调频变标)处理，即通过方位相位的变标，增大方位聚焦深度，改善成像质量。方位NCS处理针对方位脉压前的信号进行，不适合应用于方位deramp处理后的方位粗聚焦数据处理中。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于方位deramp的方位NCS成像方法、系统、介质及设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于方位deramp的方位NCS成像方法,包括：
步骤1、将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
步骤2、将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
步骤3、将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种基于方位deramp的方位NCS成像系统，包括：
第一变换模块，用于将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
第二变换模块，用于将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
第三变换模块，用于将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，其当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述方法。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
本发明的有益效果是：首先建立距离脉压及走动校正后信号模型，然后进行方位deramp处理，接着进行方位“散焦”处理，得到可进行NCS处理的信号形式，最后进行NCS变标处理，得到聚焦良好的SAR图像。方位deramp能够应用于大转角聚束的高分辨率数据处理中，方位NCS能够处理大斜视数据，所提方法通过引入“散焦”处理及“散焦”函数系数q，把方位deramp与方位NCS两种处理技术较好地结合起来，从而能够处理大转角(高分辨)、大斜视聚束SAR数据，兼顾了高精度聚焦与高效率处理需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于方位deramp的方位NCS成像方法的流程图；
图2雷达成像几何关系；
图3场景中心目标图像(q＝1)；
图4场景边缘目标图像(q＝1)；
图5场景中心目标图像(q＝10)；
图6场景边缘目标图像(q＝10)；
图7点阵目标图像(q＝1)；
图8点阵目标图像(q＝10)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的一种基于方位deramp的方位NCS成像方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
S1、将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
设光速为c，载波频率为fc，距离频率为fr，调频率为γ，
Figure BDA0001902338210000031
为虚数单位，
Figure BDA0001902338210000032
为距离维时间，tm为方位维时间。
距离脉压及走动校正后的距离频域、方位时域信号表达式为：
Figure BDA0001902338210000033
根据图1，R(tm)如下式所示：
Figure BDA0001902338210000034
公式(2)中Rn和Xn为点目标的距离和方位坐标，θ0为斜视角，V为卫星的速度。
设场景中心距离为Rs，调频斜率kas为：
Figure BDA0001902338210000041
与距离频率fr有关的调频斜率Kas为：
Figure BDA0001902338210000042
式(4)中，
Figure BDA0001902338210000043
在高精度成像中，如Ka波段，应采用与距离频率fr有关的调频斜率Kas构造deramp参考函数，如下所示：
Figure BDA0001902338210000044
令s2(fr,tm)表示式(1)中距离频域方位时域信号与式(5)参考信号sref(tm)的卷积，得：
Figure BDA0001902338210000045
s2(fr,tm)为方位deramp处理后的信号。由于式(5)中sref(tm)与方位时域匹配信号形式相同，而时域卷积相当于频域各自频谱相乘，再变换回方位时域，因此，s2(fr,tm)在方位已经进行了粗聚焦，相当于进行了脉压操作。
S2、将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
具体的，式(6)为方位粗聚焦的SAR信号，这不符合方位NCS处理的形式，因为方位NCS处理是针对未进行方位脉压处理的信号进行的。基于此，需对式(6)进行方位“散焦”操作。首先把式(6)变换到方位频域，得：
s2(fr,fa)＝FFT[s2(fr,tm)] (7)
式(7)中，fa表示方位频率。定义方位频率“散焦”函数为：
Figure BDA0001902338210000046
式(8)中，q为可调整的“散焦”函数系数。式(7)乘以式(8)得：
Figure BDA0001902338210000047
式(9)在方位向进行了“散焦”，可进行后续的NCS处理并精聚焦。
S3、将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像。
令Rr＝Rn+Xnsinθ0，Xn＝Vt0，t0为以时间形式表示的目标方位位置，则式(9)显式为：
Figure BDA0001902338210000051
其中，
Figure BDA0001902338210000052
为与fr和fa无关的系数。
根据式(10)，距离IFFT后对t0进行方位多次变标处理，即可得到理想的SAR图像如下所示。
Figure BDA0001902338210000053
式(11)中，
Figure BDA0001902338210000054
为距离维时间，tm为方位维时间，p为NCS变标系数。
本发明实施例还提供一种基于方位deramp的方位NCS成像系统，包括：
第一变换模块，用于将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
第二变换模块，用于将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
第三变换模块，用于将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括指令，其当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行上述方法。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。
下面以一个具体的实施例对本发明进行介绍：
雷达参数如表1所示。
表1雷达参数
Figure BDA0001902338210000061
按照图2、表1参数进行点目标仿真，进行如下成像处理：
步骤一：距离脉压及走动校正
数据进行距离FFT，变到距离频域，进行距离脉压及走动校正处理，如式(1)。
步骤二：方位deramp处理
以式(4)的调频斜率Kas构造方位deramp参考函数式(5)，把步骤一处理完毕的式(1)与deramp参考函数式(5)进行卷积，得到方位deramp处理的信号式(6)，式(6)去除了大转角信号方位频谱的混叠，据此能够得到高的方位分辨率，但是，式(6)等价于进行了方位聚焦处理，在大斜视下无法进行方位NCS处理。
步骤三：方位“散焦”处理
首先把deramp处理后的信号式(6)变换到方位频域，得到式(7)，然后构造方位散焦函数sdfocus(fa)，如式(8)所示。在式(8)中，散焦函数组成中包含散焦系数q，当q＝1时为常规的方位散焦处理，类似于方位脉压的逆操作。但是，在方位deramp+NCS联合处理时，q要合理取值，最后获得的方位高分辨率与q有关。
当q＝1时场景中心点目标聚焦如图3所示，场景距离、方位边缘目标聚焦如图4所示。当q＝10时，场景中心点目标聚焦如图5所示，场景距离、方位边缘目标聚焦如图6所示。
步骤四：方位NCS处理
把步骤三散焦处理完毕的二维频域信号式(9)改写为适合NCS处理的形式式(10)，然后距离IFFT并方位NCS得到聚焦良好的SAR图像表达式式(11)。
散焦系数q＝1时点阵目标图像如图7所示，q＝10时点阵目标图像如图8所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于方位deramp的方位NCS成像方法，其特征在于，包括：
步骤1、将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
步骤2、将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
步骤3、将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像；
其中，所述距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号表达式为：
Figure FDA0003653898050000011
其中，c为光速，fc为载波频率，fr为距离频率，γ为调频率，
Figure FDA0003653898050000012
为虚数单位，tm为方位维时间，V为卫星的速度，θ0为斜视角，R(tm)的表达式为：
Figure FDA0003653898050000013
其中，Rn和Xn为点目标的距离和方位坐标；
deramp参考函数如下：
Figure FDA0003653898050000014
其中，
Figure FDA0003653898050000015
调频斜率
Figure FDA0003653898050000016
Rs为场景中心距离；
所述步骤2具体包括：
s(fr，tm)与sref(tm)卷积，得：
Figure FDA0003653898050000017
所述步骤3具体包括：
将s2(fr，tm)进行FFT，使信号变换到二维频域，得：
s2(fr，fa)＝FFT[s2(fr，tm)]
其中，fa表示方位频率；
定义方位频率散焦函数为：
Figure FDA0003653898050000021
其中，Kas＝αkas，q为可调整的散焦函数系数；
s2(fr，fa)乘以sdfocus(fa)，得：
Figure FDA0003653898050000022
Figure FDA0003653898050000023
其中，Rr＝Rn+Xnsinθ0，t0为以时间表示的点目标方位，
Figure FDA0003653898050000024
为与fr和fa无关的系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3之后具体包括：
将sNCS(fr，fa)进行距离IFFT后，对t0进行方位NCS变标处理，得到SAR图像：
Figure FDA0003653898050000025
其中，
Figure FDA0003653898050000026
为距离维时间，p为NCS变标系数。
3.一种基于方位deramp的方位NCS成像系统，其特征在于，包括：
第一变换模块，用于将距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号进行方位deramp处理；
第二变换模块，用于将经过方位deramp处理的距离频域-方位时域信号变换到二维频域信号后，进行方位散焦处理；
第三变换模块，用于将经过方位散焦处理的二维频域信号变换到二维时域信号后，进行方位NCS变标处理，得到SAR图像；
其中，所述距离脉压及走动校正后的距离频域-方位时域信号表达式为：
Figure FDA0003653898050000027
其中，c为光速，fc为载波频率，fr为距离频率，γ为调频率，
Figure FDA0003653898050000031
为虚数单位，tm为方位维时间，V为卫星的速度，θ0为斜视角，R(tm)的表达式为：
Figure FDA0003653898050000032
其中，Rn和Xn为点目标的距离和方位坐标；
deramp参考函数如下：
Figure FDA0003653898050000033
其中，
Figure FDA0003653898050000034
调频斜率
Figure FDA0003653898050000035
Rs为场景中心距离；
所述第二变换模块具体用于：
s(fr，tm)与sref(tm)卷积，得：
Figure FDA0003653898050000036
所述第三变换模块具体用于
将s2(fr，tm)进行FFT，使信号变换到二维频域，得：
s2(fr，fa)＝FFT[s2(fr，tm)]
其中，fa表示方位频率；
定义方位频率散焦函数为：
Figure FDA0003653898050000037
其中，Kas＝αkas，q为可调整的散焦函数系数；
s2(fr，fa)乘以sdfocus(fa)，得：
Figure FDA0003653898050000038
Figure FDA0003653898050000039
其中，Rr＝Rn+Xnsinθ0，t0为以时间表示的点目标方位，
Figure FDA00036538980500000310
为与fr和fa无关的系数。
4.一种计算机可读存储介质，包括指令，其特征在于，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行根据权利要求1或2所述的方法。
5.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1或2所述的方法。
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