CN110208798B - 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统 - Google Patents

一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110208798B
CN110208798B CN201910447782.6A CN201910447782A CN110208798B CN 110208798 B CN110208798 B CN 110208798B CN 201910447782 A CN201910447782 A CN 201910447782A CN 110208798 B CN110208798 B CN 110208798B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sub
aperture
azimuth
frequency
center
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910447782.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110208798A (zh
Inventor
杨娟娟
高阳
贺荣荣
吴疆
党红杏
谭小敏
王万林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Institute of Space Radio Technology
Original Assignee
Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Institute of Space Radio Technology filed Critical Xian Institute of Space Radio Technology
Priority to CN201910447782.6A priority Critical patent/CN110208798B/zh
Publication of CN110208798A publication Critical patent/CN110208798A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110208798B publication Critical patent/CN110208798B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9011—SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9017—SAR image acquisition techniques with time domain processing of the SAR signals in azimuth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9094—Theoretical aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法及系统，其中，该方法提出和分析了大斜视角下用高精度距离徙动校正算法(RMA)做距离徙动校正(RCMC)后的方位信号扩展问题，然后通过方位分子孔径升采样+方位信号扩展+RMA‑RCMC+方位尺度变标+方位SPECAN的成像处理方式解决了多普勒中心频率随距离频率的变化、等效速度二维空变和大斜视高精度RCMC，实现了高分宽幅马赛克SAR的高精度成像。该方法相比较于两步式等其他算法，得到的图像采样单元和分辨率量级更相当，有更高的数据处理效率，且有效解决了子孔径方法处理高分宽幅马赛克的局限性。同时，本发明中算法精度高、稳健且实用性强。

Description

一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法及系统
技术领域
本发明属于空间微波雷达信号处理领域，尤其涉及一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法及系统。
背景技术
星载SAR系统在对海陆目标进行高分宽幅侦察和确认的应用中，为了获取方位分辨率比扫描模式(ScanSAR)和TOPSAR模式高的宽幅SAR成像能力，需要采用马赛克SAR(Mosaic-SAR)模式，通过方位波束大转角扫描和距离波束切换来保证方位高分辨率和距离宽测绘带。利用星载Mosaic-SAR实现高分宽幅，特别是要求方位向高分辨率宽测绘带时，方位向波束扫描角会非常大，甚者能达到±30°。此时，Mosaic-SAR成像处理面临的难点有大斜视角下二维强耦合、大转角解方位模糊和等效速度空变等。
目前，关于星载Mosaic-SAR成像研究的主流方向是从解方位模糊的角度出发进行burst成像并定位，然后进行图像拼接得到Mosaic-SAR图像，且解方位模糊的方法有子孔径方法和传统两步式方法两种。在Mosaic-SAR处理中，子孔径方法能得到的图像采样单元和分辨率量级更相当，有更高的数据处理效率，但该算法的的推导过程是基于正侧视和方位小转动扫描角的，没有考虑高分宽幅Mosaic-SAR的成像特性，仅适用于低分辨率窄测绘幅宽，若直接应用在高分宽幅Mosaic-SAR中会出现RMA-RCMC和双曲到二次尺度变标后方位信号子孔径时域折叠，得不到有效聚焦的SAR图像。同时，针对星载高分辨率宽幅大扫描角马赛克成像的特性分析和处理算法的公开文献基本没有。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对现有方法不能解决星载高分宽幅Mosaic-SAR成像处理的问题，提供了一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法及系统，有效实现了高分宽幅马赛克SAR的高精度成像。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1：根据星历、姿态、波束角和DEM信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并得到尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl；步骤S2：根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，等长度地划分方位子孔径；步骤S3：对各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗；步骤S4：根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，得到多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc，并进一步得到升采样所用的脉冲重复频率PRFnew；步骤S5：对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正，首先根据步骤S4中脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，再在时域补偿多普勒频率随距离频率的变化校正因子；步骤S6：根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，得到各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max；步骤S7：根据步骤S6中各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后进行高精度RMA-RCMC；并根据各距离门的等效速度Ve(r)和尺度变标参考调频斜率Ka_scl，完成双曲到二次尺度变标；步骤S8：对各子孔径拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜；步骤S9：根据步骤S1中的波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和尺度变标参考调频斜率Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，通过SPECAN完成方位聚焦。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S1中，波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid的表达式为：
Figure BDA0002074174540000031
其中，fdc,mid为burst方位中心时刻的多普勒中心频率，Vr,scl为中心距离门等效速度，rrot为波束中心的旋转斜距，λ为波长；
尺度变化参考斜距rscl取值为有效聚焦区域中心最短斜距；
尺度变标参考调频斜率Ka_scl的表达式为：
Figure BDA0002074174540000032
其中，
Figure BDA0002074174540000033
β(fdc,mid,rscl)为参考距离门上的burst中心多普勒频率对应的余弦因子，Ve(rscl)为参考距离门上的等效速度，λ为波长。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S3中，子孔径旁瓣抑制和子孔径重叠区域有效拼接加窗函数为：
Figure BDA0002074174540000034
式中，ta,sub为子孔径方位时间；
Wp,i(ta,sub)为旁瓣抑制加窗部分，为整个burst旁瓣抑制加窗函数Wp(ta)的子孔径对应部分，即有
Figure BDA0002074174540000035
式中，Na为burst的回波方位脉冲数，ta为burst的回波方位时间，Wp,1(ta.sub)为第1个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，Wp,2(ta.sub)为第2个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，
Figure BDA0002074174540000045
为第Nsub个子孔径的旁瓣抑制加窗函数；
Wover,i(ta,sub)为子孔径重叠区域有效拼接加窗，表达式为：
Figure BDA0002074174540000041
式中，tover_st,i和tover_ed,i分别为子孔径起始与结尾与相邻子孔径的重叠时宽，Ta,sub,i为子孔径方位时间长度。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S4中，升采样所用的脉冲重复频率PRFnew的公式为：
Figure BDA0002074174540000042
其中，
Figure BDA0002074174540000043
PRF为系统脉冲重复频率，Vr,scl为中心距离门等效速度，Br为系统带宽，θsq,c为burst中心斜视角，Na,sub为子孔径方位脉冲数，Δfdc为多普勒频率随距离频率的最大变化量，c为光速。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S5中，对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正包括：将各子孔径转到距离频域，计算不同距离频率上的多普勒频率变化，进行多普勒频谱搬移，其中，频谱搬移因子为：
Figure BDA0002074174540000044
其中，θsq,sub为子孔径中心斜视角，fr为距离频率；
根据步骤S4中脉冲重复频率PRFnew并扩展信号频率轴范围包括：将各子孔径转到距离频域-多普勒域，进行方位频率轴扩展；其中，扩展后的子孔径方位点数为：
Figure BDA0002074174540000051
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S6中，各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max的公式如下：
Figure BDA0002074174540000052
其中，fdc,sub为各子孔径中心时刻的多普勒中心频率，rf为有效聚焦区域远端最短斜距，fc为载频；
双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max的公式如下：
Figure BDA0002074174540000053
其中，Ka_scl尺度变标参考调频斜率，Ka(rf)为远距正侧视调频斜率、β(fdc,sub,rf)为余弦因子。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S8中，波束中心旋转调频率去斜因子为：
Figure BDA0002074174540000054
式中，Na,burst,new和t′a分别为子孔径拼接后的方位总采样点数和方位时间。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，在步骤S9中，方位残余调频斜率Ka_eff的表达式为：
Ka_eff＝Ka_scl-Ka_rot。
上述高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法中，方位SPECAN去斜因子为：
Figure BDA0002074174540000061
根据本发明的另一方面，还提供了一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理系统，包括：第一模块，用于根据星历、姿态、波束角和DEM信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并得到尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl；第二模块，用于根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，等长度地划分方位子孔径；第三模块，用于对各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗；第四模块，用于根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，得到多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc，并进一步得到升采样所用的脉冲重复频率PRFnew；第五模块，用于对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正，首先根据第四模块中脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，再在时域补偿多普勒频率随距离频率的变化校正因子；第六模块，用于根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，得到各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max；第七模块，用于根据第六模块中各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后进行高精度RMA-RCMC；并根据各距离门的等效速度Ve(r)和尺度变标参考调频斜率Ka_scl，完成双曲到二次尺度变标；第八模块，用于对各子孔径进行拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜；第九模块，用于根据第一模块中的波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和尺度变标参考调频斜率Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，通过SPECAN完成方位聚焦。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明针对现有方法不能解决星载高分宽幅Mosaic-SAR成像处理的问题，提供一种方位分子孔径升采样+方位信号扩展+RMA-RCMC+方位尺度变标+方位SPECAN的成像处理方式，有效实现了高分宽幅马赛克SAR的高精度成像。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的2m分辨率25°斜视角下的马赛克burst的多普勒频率随距离频率的变化示意图；
图3是本发明实施例提供的2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据的子孔径方位信号在不同处理阶段的变化示意图；
图4是本发明实施例提供的传统子孔径算法和本发明算法处理的2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据的子孔径拼接结果；
图5是本发明实施例提供的本发明算法处理的2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据的结果；
图6是本发明实施例提供的本发明算法处理的2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据的距离剖面图；
图7是本发明实施例提供的本发明算法处理的2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据的方位剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法的流程图。如图1所示，该方法包括步骤如下：
(1)burst成像参数计算：
根据星历、姿态、波束角和DEM等信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并确定尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl。其中，波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间tmid的表达式和关系为：
Figure BDA0002074174540000081
式中，fdc,mid为burst方位中心时刻的多普勒中心频率，Vr,scl为中心距离门等效速度，rrot为波束中心的旋转斜距。参考斜距rscl取值为有效聚焦区域中心最短斜距。尺度变标参考调频斜率Ka_scl的表达式为：
Figure BDA0002074174540000082
该定义可以最大限度的减小双曲到二次尺度变标引起的方位时移。式中，β(fdc,mid,rscl)为参考距离门上的burst中心多普勒频率对应的余弦因子，表达式为：
Figure BDA0002074174540000091
式中，Ve(rscl)为参考距离门上的等效速度，λ为波长；
(2)根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，取重叠率为5％，以等脉冲长度方式优化重叠率，使可处理方位脉冲点数最大化，完成方位子孔径划分，得到长度为Na,sub的方位子孔径数据；
(3)各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗：
子孔径旁瓣抑制和子孔径重叠区域有效拼接加窗函数为：
Figure BDA0002074174540000092
式中，ta,sub为子孔径方位时间。第一项Wp,i(ta,sub)为旁瓣抑制加窗部分，为整个burst旁瓣抑制加窗函数Wp(ta)的子孔径对应部分，即有
Figure BDA0002074174540000093
式中，ta为burst回波的方位时间，Na为burst回波的方位脉冲数，Wp,1(ta.sub)为第1个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，Wp,2(ta.sub)为第2个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，
Figure BDA0002074174540000095
为第Nsub个子孔径的旁瓣抑制加窗函数。实施例中，Wp(ta)取为系数为4、积分旁瓣比为-30dB的Taylor窗来保证成像性能。第二项Wover,i(ta,sub)为子孔径重叠区域有效拼接加窗，表达式为：
Figure BDA0002074174540000094
式中，tover_st,i和tover_ed,i分别为子孔径起始与结尾与相邻子孔径的重叠时宽，Ta,sub,i为子孔径方位时间长度；
(4)根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，计算多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc：
Figure BDA0002074174540000101
式中，θsq,c为burst中心斜视角，Br为系统带宽。然后计算升采样脉冲重复频率PRFnew：
Figure BDA0002074174540000102
式中，PRF为系统脉冲重复频率，Na,sub为方位子孔径长度。如图2所示，本发明实施例处理2m分辨率25°斜视角的马赛克burst点目标仿真数据，信号带宽200MHz，多普勒频率随距离频率的变化已经造成了多普勒谱欠采样，所以对方位信号进行升采样是必要的；
(5)根据脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，对各子孔径进行方位升采样，包含如下流程：
(5a)将各子孔径信号转到距离频域，计算不同距离频率上的多普勒频率变化：
Figure BDA0002074174540000103
式中，θsq,sub为子孔径中心斜视角，fr为距离频率。然后，通过复乘因子Hshift(ta；fr)完成多普勒频谱搬移：
Figure BDA0002074174540000104
(5b)将子孔径信号转到距离频域-多普勒域，进行方位频率轴扩展。扩展后的子孔径方位点数为：
Figure BDA0002074174540000111
(5c)将子孔径信号转化到距离频域方位时域，补偿多普勒频谱搬移因子；
(6)根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，计算各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max：
(6a)计算各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度：
Figure BDA0002074174540000112
式中，fdc,sub为各子孔径中心时刻的多普勒中心频率，rf为有效聚焦区域远端最短斜距，fc为载频；
(6b)计算双曲到二次尺度变标引起的最大方位时移：
Figure BDA0002074174540000113
式中，Ka_scl尺度变标参考调频斜率，Ka(rf)为远距正侧视调频斜率、β(fdc,sub,rf)为余弦因子，Ka(rf)和β(fdc,sub,rf)定义分别如下：
Figure BDA0002074174540000114
式中，Ve(rf)为斜距rf的距离门上的等效速度。
(7)根据Δta,max和Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后完成RMA-RCMC和双曲到二次尺度变标：
(7a)方位起始和结束分别补零，单边补零点数Na_pad为：
Figure BDA0002074174540000121
(7b)一致压缩和stolt插值；
(7c)双曲到二次转化，转化因子为：
Figure BDA0002074174540000122
式中，fa为多普勒频率，r为各距离门斜距，
Figure BDA0002074174540000123
为余弦因子。
如图3中子孔径方位信号在不同处理阶段的变化，在RCMC前后和在尺度变标前后子孔径信号的变化是非常明显的。如图4所示，如果使用传统子孔径方法，没有对子孔径信号的扩展考虑完全，会导致拼接错误，而使用本专利算法可得到良好的拼接效果。
(8)各子孔径时域拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜。子孔径拼接是根据子孔径划分位置关系、系统PRF和升采样后PRFnew的关系以及方位信号时域扩展长度进行时域叠加，去波束中心旋转调频斜率的校正因子为：：
Figure BDA0002074174540000124
式中，Na,burst,new为子孔径拼接后的方位总采样点数，ta′为子孔径拼接后的方位时间；
(9)方位SPECAN完成方位聚焦：
首先，根据Ka_rot和Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，表达式为：
Ka_eff＝Ka_scl-Ka_rot
然后，对方位时域信号进行SPECAN处理，SPECAN因子为：
Figure BDA0002074174540000125
最后，通过傅里叶变化得到最终busrt-SAR图像。
如图5、图6和图7所示，使用本实施例得到了聚焦效果良好的成像结果。
本实施例还提供了一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理系统，包括：
第一模块，用于根据星历、姿态、波束角和DEM信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并得到尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl；
第二模块，用于根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，等长度地划分方位子孔径；
第三模块，用于对各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗；
第四模块，用于根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，得到多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc，并进一步得到升采样所用的脉冲重复频率PRFnew；
第五模块，用于对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正，首先根据第四模块中脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，再在时域补偿多普勒频率随距离频率的变化校正因子；
第六模块，用于根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，得到各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max；
第七模块，用于根据第六模块中各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后进行高精度RMA-RCMC；并根据各距离门的等效速度Ve(r)和尺度变标参考调频斜率Ka_scl，完成双曲到二次尺度变标；
第八模块，用于对方位子孔径拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜；
第九模块，用于根据第一模块中的波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和尺度变标参考调频斜率Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，通过SPECAN完成方位聚焦。
本实施例针对现有方法不能解决星载高分宽幅Mosaic-SAR成像处理的问题，提供一种方位分子孔径升采样+方位信号扩展+RMA-RCMC+方位尺度变标+方位SPECAN的成像处理方式，有效实现了高分宽幅马赛克SAR的高精度成像。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：根据星历、姿态、波束角和DEM信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并得到尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl；
步骤S2：根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，等长度地划分方位子孔径；
步骤S3：对各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗；
步骤S4：根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，得到多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc，并进一步得到升采样所用的脉冲重复频率PRFnew；
步骤S5：对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正，首先根据步骤S4中脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，再在时域补偿多普勒频率随距离频率的变化校正因子；
步骤S6：根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，得到各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max；
步骤S7：根据步骤S6中各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后进行高精度RMA-RCMC；并根据各距离门的等效速度Ve(r)和尺度变标参考调频斜率Ka_scl，完成双曲到二次尺度变标；
步骤S8：对各子孔径进行拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜；
步骤S9：根据步骤S1中的波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和尺度变标参考调频斜率Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，通过SPECAN完成方位聚焦。
2.根据权利要求1所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S1中，波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid的表达式为：
Figure FDA0002074174530000021
其中，fdc,mid为burst方位中心时刻的多普勒中心频率，Vr,scl为中心距离门等效速度，rrot为波束中心的旋转斜距，λ为波长；
尺度变化参考斜距rscl取值为有效聚焦区域中心最短斜距；
尺度变标参考调频斜率Ka_scl的表达式为：
Figure FDA0002074174530000022
其中，
Figure FDA0002074174530000023
β(fdc,mid,rscl)为参考距离门上的burst中心多普勒频率对应的余弦因子，Ve(rscl)为参考距离门上的等效速度，λ为波长。
3.根据权利要求2所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S3中，子孔径旁瓣抑制和子孔径重叠区域有效拼接加窗函数为：
Figure FDA0002074174530000024
式中，ta,sub为子孔径方位时间；
Wp,i(ta,sub)为旁瓣抑制加窗部分，为整个burst旁瓣抑制加窗函数Wp(ta)的子孔径对应部分，即有
Figure FDA0002074174530000031
式中，Na为burst的回波方位脉冲数，ta为burst的回波方位时间，Wp,1(ta.sub)为第1个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，Wp,2(ta.sub)为第2个子孔径的旁瓣抑制加窗函数，
Figure FDA0002074174530000032
为第Nsub个子孔径的旁瓣抑制加窗函数；
Wover,i(ta,sub)为子孔径重叠区域有效拼接加窗，表达式为：
Figure FDA0002074174530000033
式中，tover_st,i和tover_ed,i分别为子孔径起始与结尾与相邻子孔径的重叠时宽，Ta,sub,i为子孔径方位时间长度。
4.根据权利要求3所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S4中，升采样所用的脉冲重复频率PRFnew的公式为：
Figure FDA0002074174530000034
其中，
Figure FDA0002074174530000035
PRF为系统脉冲重复频率，Vr,scl为中心距离门等效速度，Br为系统带宽，θsq,c为burst中心斜视角，Na,sub为子孔径方位脉冲数，Δfdc为多普勒频率随距离频率的最大变化量，c为光速。
5.根据权利要求4所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S5中，对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正包括：将各子孔径转到距离频域，计算不同距离频率上的多普勒频率变化，进行多普勒频谱搬移，其中，频谱搬移因子为：
Figure FDA0002074174530000041
其中，θsq,sub为子孔径中心斜视角，fr为距离频率；
根据步骤S4中脉冲重复频率PRFnew并扩展信号频率轴范围包括：将各子孔径转到距离频域-多普勒域，进行方位频率轴扩展；其中，扩展后的子孔径方位点数为：
Figure FDA0002074174530000042
6.根据权利要求5所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S6中，各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max的公式如下：
Figure FDA0002074174530000043
其中，fdc,sub为各子孔径中心时刻的多普勒中心频率，rf为有效聚焦区域远端最短斜距，fc为载频；
双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max的公式如下：
Figure FDA0002074174530000044
其中，Ka_scl尺度变标参考调频斜率，Ka(rf)为远距正侧视调频斜率、β(fdc,sub,rf)为余弦因子。
7.根据权利要求6所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S8中，波束中心旋转调频率去斜因子为：
Figure FDA0002074174530000051
式中，Na,burst,new和t′a分别为子孔径拼接后的方位总采样点数和方位时间。
8.根据权利要求7所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：在步骤S9中，方位残余调频斜率Ka_eff的表达式为：
Ka_eff＝Ka_scl-Ka_rot。
9.根据权利要求8所述的高分宽幅星载马赛克SAR成像处理方法，其特征在于：方位SPECAN去斜因子为：
Figure FDA0002074174530000052
10.一种高分宽幅星载马赛克SAR成像处理系统，其特征在于包括：
第一模块，用于根据星历、姿态、波束角和DEM信息，计算burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)、方位中心时刻各距离门的等效速度Ve(r)，并线性拟合burst各方位时刻波束中心多普勒频率fdc(ta)得到波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和busrt中心时刻的方位多普勒时间ta,mid，并得到尺度变化参考斜距rscl和尺度变标参考调频斜率Ka_scl；
第二模块，用于根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot、系统瞬时多普勒带宽Ba_3dB和系统脉冲重复频率PRF，等长度地划分方位子孔径；
第三模块，用于对各子孔径进行旁瓣抑制加窗和子孔径重叠区域有效拼接加窗；
第四模块，用于根据系统带宽、burst中心斜视角θsq,c和中心距离门等效速度Vr,scl，得到多普勒频率随距离频率的最大变化量Δfdc，并进一步得到升采样所用的脉冲重复频率PRFnew；
第五模块，用于对各子孔径进行多普勒频率随距离频率的变化校正，首先根据第四模块中脉冲重复频率PRFnew，扩展信号频率轴范围，再在时域补偿多普勒频率随距离频率的变化校正因子；
第六模块，用于根据burst中心斜视角θsq,c、中心距离门等效速度Vr,scl和斜距r，得到各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max；
第七模块，用于根据第六模块中各子孔径RMA-RCMC造成的最大方位信号扩展长度Δta,max和双曲到尺度变标引起的最大方位信号时移Δtv,max，计算方位信号扩展点数并对方位信号进行时域扩展，然后进行高精度RMA-RCMC；并根据各距离门的等效速度Ve(r)和尺度变标参考调频斜率Ka_scl，完成双曲到二次尺度变标；
第八模块，用于对各子孔径进行拼接，并根据波束中心多普勒调频斜率Ka_rot完成波束中心多普勒调频率去斜；
第九模块，用于根据第一模块中的波束中心多普勒调频斜率Ka_rot和尺度变标参考调频斜率Ka_scl计算方位残余调频斜率Ka_eff，通过SPECAN完成方位聚焦。
CN201910447782.6A 2019-05-27 2019-05-27 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统 Active CN110208798B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910447782.6A CN110208798B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910447782.6A CN110208798B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110208798A CN110208798A (zh) 2019-09-06
CN110208798B true CN110208798B (zh) 2021-06-11

Family

ID=67788991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910447782.6A Active CN110208798B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110208798B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111709876B (zh) * 2020-04-20 2023-02-03 中国科学院空天信息创新研究院 一种图像拼接的方法及装置、设备、存储介质
CN111665506B (zh) * 2020-06-22 2022-07-05 西安空间无线电技术研究所 基于去斜处理的高分辨率sar变重频均匀化重采样方法
CN111983610B (zh) * 2020-07-30 2022-05-24 西安空间无线电技术研究所 基于方位变标和频谱分析成像的sar图像定位方法
CN112014840B (zh) * 2020-07-30 2022-05-24 西安空间无线电技术研究所 一种星载sar马赛克模式的在轨实施设计方法
CN113176569B (zh) * 2021-03-31 2022-07-05 中国科学院空天信息创新研究院 Sar系统回波采集的控制方法、装置及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0251498A2 (en) * 1986-06-21 1988-01-07 THORN EMI Electronics Limited Radar
CN104237884A (zh) * 2014-08-08 2014-12-24 中国空间技术研究院 一种应用于星载高分辨率宽幅sar的正交编码波形确定方法
CN105093224A (zh) * 2015-01-21 2015-11-25 电子科技大学 一种大斜视合成孔径雷达成像处理方法
CN106872976A (zh) * 2016-12-28 2017-06-20 山东科技大学 一种基于雷达数据的海洋溢油信息提取系统
CN107300699A (zh) * 2016-04-15 2017-10-27 北京空间飞行器总体设计部 基于敏捷合成孔径雷达卫星姿态机动的马赛克模式实现方法
CN111257878A (zh) * 2020-03-26 2020-06-09 西安电子科技大学 基于俯仰维频率脉内扫描高分宽幅sar的波形设计方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8144052B2 (en) * 2008-10-15 2012-03-27 California Institute Of Technology Multi-pixel high-resolution three-dimensional imaging radar
US9041585B2 (en) * 2012-01-10 2015-05-26 Raytheon Company SAR autofocus for ground penetration radar

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0251498A2 (en) * 1986-06-21 1988-01-07 THORN EMI Electronics Limited Radar
CN104237884A (zh) * 2014-08-08 2014-12-24 中国空间技术研究院 一种应用于星载高分辨率宽幅sar的正交编码波形确定方法
CN105093224A (zh) * 2015-01-21 2015-11-25 电子科技大学 一种大斜视合成孔径雷达成像处理方法
CN107300699A (zh) * 2016-04-15 2017-10-27 北京空间飞行器总体设计部 基于敏捷合成孔径雷达卫星姿态机动的马赛克模式实现方法
CN106872976A (zh) * 2016-12-28 2017-06-20 山东科技大学 一种基于雷达数据的海洋溢油信息提取系统
CN111257878A (zh) * 2020-03-26 2020-06-09 西安电子科技大学 基于俯仰维频率脉内扫描高分宽幅sar的波形设计方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"High-resolution wide-swath Mosaic mode Space-borne SAr";Xiaolei Han 等;《2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium》;20150731;第1809-1812页 *
"合成孔径雷达Mosaic模式系统性能分析";刘光炎 等;《微波学报》;20110630;第27卷(第3期);第88-92页 *
"星载滑动聚束SAR的成像性能";王万林 等;《空间电子技术》;20171231(第3期);第20-26页 *
"沿航迹干涉SAR地面动目标检测算法研究";田斌;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20090615(第06期);全文 *
"高分辨率宽幅星载SAR海洋监视与信息反演";邓云凯 等;《科技导报》;20171231;第35卷(第20期);第69-76页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110208798A (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110208798B (zh) 一种高分宽幅星载马赛克sar成像处理方法及系统
Li et al. A frequency-domain imaging algorithm for highly squinted SAR mounted on maneuvering platforms with nonlinear trajectory
Meta et al. TOPS imaging with TerraSAR-X: Mode design and performance analysis
EP1503223B1 (en) Estimation and correction of phase for focusing search mode SAR images formed by range migration algorithm
US7145498B2 (en) Efficient autofocus method for swath SAR
US6670907B2 (en) Efficient phase correction scheme for range migration algorithm
US6222933B1 (en) Method of processing spotlight SAR raw data
CN104297751B (zh) 一种分布式卫星sar系统的主辅sar图像融合方法
Guo et al. Extended wavenumber domain algorithm for highly squinted sliding spotlight SAR data processing
CN103149564B (zh) 斜视偏置相位中心方位多波束星载sar 成像方法
CN105759263A (zh) 一种高分辨率大场景下的星载斜视sar雷达成像方法
EP1367409B1 (en) System and method for focusing SAR images
CN107741586A (zh) 基于DBF‑TOPS加权的星载Ka InSAR信号处理方法
CN114545411B (zh) 一种基于工程实现的极坐标格式多模高分辨sar成像方法
An et al. A novel imaging approach for high resolution squinted spotlight SAR based on the deramping-based technique and azimuth NLCS principle
CN102323581A (zh) 斜视聚束合成孔径雷达的成像方法
CN113589285A (zh) 一种飞行器sar实时成像方法
CN108008387B (zh) 一种机载阵列天线下视三维成像方法
CN102759734A (zh) 一种用于高分辨率星载sar的改进距离徙动校正算法的成像方法
Liang et al. A two-step processing method for diving-mode squint SAR imaging with subaperture data
Zhang et al. Application of fast factorized back-projection algorithm for high-resolution highly squinted airborne SAR imaging
Xu et al. A novel autofocus framework for UAV SAR imagery: Motion error extraction from symmetric triangular FMCW differential signal
Yang et al. A subaperture imaging algorithm to highly squinted TOPS SAR based on SPECAN and deramping
Nie et al. Application of synthetic bandwidth approach in SAR polar format algorithm using the deramp technique
CN113406624A (zh) 一种高分辨率星载sar高效时频混合成像方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant