CN111352108B - 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法 - Google Patents

基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111352108B
CN111352108B CN202010127691.7A CN202010127691A CN111352108B CN 111352108 B CN111352108 B CN 111352108B CN 202010127691 A CN202010127691 A CN 202010127691A CN 111352108 B CN111352108 B CN 111352108B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sar
image
sub
aperture
spectrum
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
CN202010127691.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111352108A (zh
Inventor
周松
杨磊
包敏
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.)
Nanchang University
Original Assignee
Nanchang University
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 Nanchang University filed Critical Nanchang University
Priority to CN202010127691.7A priority Critical patent/CN111352108B/zh
Publication of CN111352108A publication Critical patent/CN111352108A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111352108B publication Critical patent/CN111352108B/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
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/295—Means for transforming co-ordinates or for evaluating data, e.g. using computers

Landscapes

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

Abstract

本发明属于雷达成像技术领域，公开了一种基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，建立信号模型，得到极坐标系下的SAR复图像；将SAR复图像变换至二维频域；按照上一级的子孔径大小，在二维频域对该图像沿方位频域进行分割，得到两部分频域信号；再对这两部分信号分别进行方位IFFT，得到两个低分辨的SAR复图像；对两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，得到低一级方位分辨率的SAR复图像；循环步骤不断获得方位分辨率逐级降低的SAR复图像，直到获得每一个发射脉冲下的SAR回波信号，结束循环。本发明节省大量人力物力，用于评估SAR系统的各项性能指标，并用于改进和优化实时成像处理硬件系统。

Description

基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法
技术领域
本发明属于雷达成像技术领域，尤其涉及一种基于快速分解后向投影(fastfactorized back projection，FFBP)逆向处理的合成孔径雷达(synthetic apertureradar，SAR)回波信号快速仿真方法。
背景技术
雷达具有全天候、全天时和远距离作用的特点，在导弹制导、对地观测、灾害监控和环境保护等军用和民用领域有着广泛的应用，高效、精确、适用性广的雷达回波信号快速仿真技术也是开发SAR系统的重要环节。雷达回波信号快速仿真技术可以在节省大量人力物力的条件下，模拟飞行器在各种复杂应用条件下的SAR回波信号，用于评估SAR系统的各项性能指标，并用于改进和优化实时成像处理硬件系统。
现有的回波信号仿真方法主要包括基于同心圆的时域生成方法和基于方位频域处理的数据生成方法。基于同心圆的时域处理方法具有较高的精度和较广的适用性，但是在场景较大仿真点数较多的情况下其运算效率低下；而基于方位频域处理的方法通常需要满足或近似满足回波信号方位不变的假设，然而在很多非匀速直线轨迹，几何构型较为复杂的SAR应用模式，回波信号不再满足方位不变的假设，这给基于方位频域处理的仿真方法引入难点。为了在节省大量成本的条件下进一步推动SAR技术的工程化应用，同时克服上述两种数据生成方法的不足，需要研究新的基于时域快速处理的高效、精确、适用性广的SAR数据仿真方法，使之能够用于开发和评估任意估计任意构型应用下的SAR成像系统。
SAR回波信号仿真可以看做SAR成像处理的逆问题。SAR成像处理是将雷达系统接收到的回波信号，经过处理得到照射场景的SAR复图像，而SAR回波信号仿真则是根据场景SAR复图像还原雷达接收到的回波信号。因此，需要先选择一种高效、精确、适用性广的SAR成像处理算法，然后对该算法进行逆向开发，并以此研究高效、精确、适用性广的SAR数据仿真方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的基于同心圆的时域处理方法具有较高的精度和较广的适用性，但是在场景较大仿真点数较多的情况下其运算效率低，难以快速高效地生成SAR回波信号。
(2)基于方位频域处理的方法通常需要满足或近似满足回波信号方位不变的假设，然而在很多非匀速直线轨迹，几何构型较为复杂的SAR应用模式，回波信号不再满足方位不变的假设，这导致回波信号不能够变换到频域进行统一的快速处理，使得现有的基于方位频域处理的回波信号生成方法无法使用。
解决以上问题及缺陷的难度为：如何选择高效、精确、适用性广的SAR成像处理算法方法，如何对该算法进行逆向开发，并以此研究高效、精确、适用性广的SAR回波信号快速仿真方法。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)本发明提供高精度高效率的SAR雷达回波信号快速仿真方法，该方法可以在节省大量人力物力的条件下，模拟飞行器在各种复杂应用条件下的SAR回波信号，用于评估SAR系统的各项性能指标，并用于改进和优化实时成像处理硬件系统；
(2)SAR回波信号仿真可以看做SAR成像处理的逆问题。本发明采用基于FFBP成像算法做逆向开发，给出一套SAR回波信号快速仿真方法；由于本发明方法采用了对FFBP成像算法做逆向开发，因此回波仿真方法同样具备FFBP成像算法中精度高、运算速度快、适用于几乎任意轨迹任意平台下的SAR回波仿真应用。
(3)本发明采用基于FFBP成像算法做逆向开发，回波信号仿真方法同样具备FFBP成像算法的构架，易于实现工程上的流水处理和实时处理，进一步加快运算速度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法。
本发明是这样实现的，一种基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，所述基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法包括：
步骤一，建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像；
步骤二，将极坐标系下的SAR复图像进行二维快速傅里叶变换(fast Fouriertransform,FFT)，变换至二维频域，同时，利用建立的信号模型和波数矢量分解，推导SAR复图像在极坐标系下的频谱解析表示式；根据频谱的解析表示对二维频域下的图像信号沿方位频谱分割成两部分信号，再对两部分信号分别进行方位逆FFT(inverse FFT，IFFT)，得到两个低分辨的SAR复图像；
步骤三，对两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，得到低一级方位分辨率的SAR复图像；
步骤四，重复步骤一-步骤三，不断获得方位分辨率逐级降低的SAR复图像，直到获得每一个发射脉冲下的SAR回波信号。
进一步，所述步骤一建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像包括：
(1)雷达安装在移动的飞行平台上，沿着任意曲线
Figure BDA0002394894670000031
飞行，对于任意时刻t，天线相位中心(antenna phase centre，APC)的位置用xt和yt表示，其中xt和yt是关于t的函数；P0为雷达照射场景中的任意散射点，在笛卡尔坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)表示，在极坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)；成像采用后向投影(back projection，BP)算法，在笛卡尔坐标系下，包含该点的SAR复图像表示为：
Figure BDA0002394894670000041
式中，
Figure BDA0002394894670000042
表示APC到P0的距离矢量，
Figure BDA0002394894670000043
表示发射信号对应的波数矢量；
Figure BDA0002394894670000044
表示APC到任意网格的距离矢量，K为
Figure BDA0002394894670000045
的模值，σ表示散射系数；
(2)将表示的SAR复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像i(ρ,θ)。
进一步，所述步骤二具体包括：
(1)引入一组正交的波数矢量
Figure BDA0002394894670000046
和
Figure BDA0002394894670000047
得到i(ρ,θ)的频谱解析表示式，将所有距离矢量和波数矢量沿
Figure BDA0002394894670000048
和
Figure BDA0002394894670000049
的方向进行分解，并利用驻相点原理(princple ofstationary phase,POSP)，得到i(ρ,θ)的近似表达式：
i(ρ,θ)≈∫∫σexp[-j(ρ0-ρ)·Kρ]exp[-j(θ0-θ)·Kθ]dKρdKθ；
其中：Kθ＝ρ0Kρ⊥，为变量θ对应的频率。Kρ为变量ρ对应的频率；极坐标下SAR复图像的频谱表示式为：
I(Kρ,Kθ)＝σexp(-jρ0Kρ)exp(-jθ0Kθ)；
(2)得到孔径回波信号，SAR图像以及频谱的对应关系。
进一步，对全孔径图像的频谱按照对应的孔径先进行分割方法包括：
(1)将全孔径信号分成了两个等长的子孔径信号，全孔径信号对应全孔径SAR图像，同时全孔径SAR图像对应了全孔径图像频谱；
(2)将全孔径图像频谱以Kθ＝0为中心，沿方位频率向划分为两部分，得到子孔径图像频谱1，和子孔径图像频谱2，其中，子孔径图像频谱1上对应子图像1的频谱，同时，子图像1对应了子孔径1的回波信号，同时，子孔径图像频谱2上对应子图像2的频谱，同时，子图像2对应了子孔径2的回波信号；
(3)将分割后得到的子孔径图像频谱1和子孔径图像频谱2进行二维IFFT，获得子孔径1和子孔径2对应的子图像1和子图像2。
进一步，所述步骤三对两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，得到低一级方位分辨率的SAR复图像包括：将得到的子图像1和子图像2投影到各自对应的极坐标系，得到上一级子孔径1和子孔径2对应的低分辨率SAR复图像；子孔径1和子孔径2的回波信号与子图像1和子图像2的频谱方位相对应。
进一步，所述步骤四重复步骤一-步骤三，进行递归处理，获得分辨率逐级降低的极坐标SAR复图像，直至获得每一个脉冲下的SAR回波信号，则结束递归处理。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法的雷达。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明可以在节省大量人力物力的条件下，模拟飞行器在各种复杂应用条件下的SAR回波信号，用于评估SAR系统的各项性能指标，并用于改进和优化实时成像处理硬件系统。
与现有技术相比，现有的基于同心圆的时域处理方法在场景较大仿真点数较多的情况下其运算效率低下；而现有的基于方位频域处理的方法通常需要满足或近似满足回波信号方位不变的假设，然而在很多非匀速直线轨迹，几何构型较为复杂的SAR应用模式，回波信号不再满足方位不变的假设，这给基于方位频域处理的仿真方法引入难点。本发明提供的方法能够很好的客服上述两个缺点：由于SAR回波信号仿真可以看做SAR成像处理的逆问题。本发明采用基于FFBP成像算法做逆向开发，给出一套SAR回波信号快速仿真方法。由于FFBP成像算法具有精度高、运算速度快、适用于几乎任意轨迹任意平台下的SAR成像应用，因此本发明方法同样具备精度高、运算速度快、适用于几乎任意轨迹任意平台下的SAR成像回波仿真应用；本发明采用基于FFBP成像算法做逆向开发，回波信号仿真方法同样具备FFBP成像算法的构架，易于实现工程上的流水处理和实时处理，进一步加快运算速度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于FFBP逆向处理的SAR雷达回波快速仿真方法原理图。
图3是本发明实施例提供的信号模型图。
图4是本发明实施例提供的频谱分割步骤原理图。
图5是本发明实施例提供的场景SAR复图像，场景大小约为150m×150m(X方向×Y方向)，像素点阵为1536×1536(X方向×Y方向)示意图。
图6是对本发明方法和传统同心圆得到的SAR仿真回波信号，各自进行SAR成像处理，得到的SAR图像结果示意图；
图中：(a)利用本发明方法得到的SAR仿真信号，进行成像处理得到的SAR图像，图像熵值10.8796；(b)表示利用传统同心圆方法得到的SAR仿真信号，进行成像处理得到的SAR图像，图像熵值10.8794。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法包括以下步骤：
S101：建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像；
S102：将极坐标系下的SAR复图像进行二维FFT，变换至二维频域，同时，利用建立的信号模型和波数矢量分解，推导SAR复图像在极坐标系下的频谱解析表示式；根据该频谱的解析表示和对应的子孔径大小，对二维频域下的图像信号沿方位频谱分割成两部分信号，再对两部分信号分别进行方位IFFT，得到两个低分辨的SAR复图像；
S103：对以上两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，从得到低一级方位分辨率的SAR复图像；
S104：重复频谱分割-图像投影的处理步骤，获得方位分辨率逐级降低的子图像，直到获得每一个发射脉冲下的SAR回波信号。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
如图3所示，SAR几何构型，雷达安装在移动的飞行平台上，沿着任意曲线
Figure BDA0002394894670000071
飞行。对于任意时刻t，天线相位中心(APC)的位置可以用xt和yt表示，其中xt和yt都是关于t的函数。P0为雷达照射场景中的任意散射点，在笛卡尔坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)表示，在极坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)。假设成像采用BP算法，在笛卡尔坐标系下，包含该点的SAR复图像可以表示为：
Figure BDA0002394894670000072
上式中，
Figure BDA0002394894670000073
表示APC到P0的距离矢量，
Figure BDA0002394894670000074
表示发射信号对应的波数矢量；
Figure BDA0002394894670000075
表示APC到任意网格的距离矢量。K为
Figure BDA0002394894670000076
的模值。σ表示散射系数。
将上式表示的SAR复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像i(ρ,θ)。
本发明为了得到i(ρ,θ)的频谱解析表示式，这里引入一组正交的波数矢量
Figure BDA0002394894670000077
和
Figure BDA0002394894670000078
如图3所示。将上式中的所有距离矢量和波数矢量沿
Figure BDA0002394894670000079
和
Figure BDA00023948946700000710
的方向进行分解，并利用POSP,可以推导得到i(ρ,θ)的近似表达式，如下：
i(ρ,θ)≈∫∫σexp[-j(ρ0-ρ)·Kρ]exp[-j(θ0-θ)·Kθ]dKρdKθ；
其中：Kθ＝ρ0Kρ⊥，为变量θ对应的频率。Kρ为变量ρ对应的频率。由上式可以得到极坐标下SAR复图像的频谱表示式为：
I(Kρ,Kθ)＝σexp(-jρ0Kρ)exp(-jθ0Kθ)；
由上式，可以得到孔径回波信号，SAR图像以及频谱的对应关系，如图4所示。由图4可知，全孔径图像的频谱范围较大，如果直接将全孔径图像投影至上一级的低分辨网格，会导致频率模糊并导致信息丢失，因此需要对全孔径图像的频谱按照对应的孔径先进行分割。图4给出了具体的操作方法：1，将全孔径信号分成了两个等长的子孔径信号，全孔径信号对应了全孔径SAR图像，同时全孔径SAR图像对应了全孔径图像频谱；2，将全孔径图像频谱以Kθ＝0为中心，沿方位频率向划分为两部分，得到子孔径图像频谱1，和子孔径图像频谱2，其中，子孔径图像频谱1上对应子图像1的频谱，同时，子图像1对应了子孔径1的回波信号，同时，子孔径图像频谱2上对应子图像2的频谱，同时，子图像2对应了子孔径2的回波信号；3，此时,由于子孔径图像频谱1和子孔径图像频谱2都按照对应的子孔径范围变窄，将它们对应的子图像投影到上一级的低分辨网格，就不再出现频率模糊，并且能够完好地保留回波信号信息。因此按照上述频谱分割方法，将分割后得到的子孔径图像频谱1和子孔径图像频谱2进行二维IFFT，获得子孔径1和子孔径2对应的子图像1和子图像2。
如图4所示，得到的子图像1和子图像2投影到各自对应的极坐标系，得到子孔径1和子孔径2对应的SAR复图像。由于采用了步骤3的频谱分割方法，子孔径1和子孔径2的回波信号与子图像1和子图像2的频谱方位相对应，避免了频率模糊导致信息丢失。
如图2所示，重复步骤一到步骤三(步骤一，建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像；步骤二，将极坐标系下的SAR复图像进行二维FFT，变换至二维频域，同时，利用建立的信号模型和波数矢量分解，推导SAR复图像在极坐标系下的频谱解析表示式，然后根据该频谱的解析表示对二维频域下的图像信号沿方位频谱分割成两部分信号，再对这两部分信号分别进行方位IFFT，得到两个低分辨的SAR复图像；步骤三，对以上两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，从而得到低一级方位分辨率的SAR复图像)，进行递归处理，获得分辨率逐级降低的极坐标SAR复图像，直至获得每一个脉冲下的SAR回波信号，则结束递归处理。
下面结合仿真实验对本发明的技术效果作详细的描述。
1、仿真实验
本发明仿真所采用部分参数如表1，SAR成像几何如图3所示。
表1仿真参数设置
Figure BDA0002394894670000091
即：波段Ku，带宽600MHz，采样频率800MHz，脉冲重复频率1000Hz，雷达平台按照图2所示的曲线飞行，飞行高度约1000m，中心作用距离约1400m，雷达平台运动速度50m/s，平台沿X方向的加速度为-1.5m/s2，平台沿Y方向的加速度为1.2m/s2。设置的成像场景大小约为150m×150m(X方向×Y方向)，像素点阵为1536×1536(X方向×Y方向)，对应的SAR复图像如图5所示。根据表1所示雷达参数和图5所示的SAR复图像，采用本发明方法进行回波信号仿真。仿真条件为64位Windows10系统matlab环境，PC硬件平台为i59400fCPU，16GB内存，采用本发明方法处理，整个回波信号生成处理时间为160.9s，而相同的测试环境和平台，采用传统的时域同心圆方法需要大约3900s的处理时间。
2、通过对比可见，本发明方法相比传统同心圆方法大大缩短了处理时间，具有更高的效率。对本发明方法生成的回波信号进行SAR成像处理，成像采用最为精确的BP算法得到的SAR图像如图6(a)所示，图像熵值10.8796；再对传统时域同心圆方法获得的回波信号，进行SAR成像处理，成像采用最为精确的BP算法得到的SAR图像如图6(b)所示，图像熵值10.8794。通过图6(a)和图6(b)的对比，可以看到，两幅SAR复图像差异非常微小，差异几乎可以忽略，因此可以认为，本发明的方法获得的信号质量与传统同心圆方法得到的信号质量相当，同时能够大幅度缩短回波生成时间，提高处理效率。
本发明公开了基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法。该方法利用极坐标下的SAR图像频谱特性，按照FFBP的处理构建，由SAR复图像进行逐级逆向投影，最终恢复得到任意轨迹任意构型下的SAR回波信号，具体地：1，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像；2，将极坐标系下的SAR复图像进行二维FFT，变换至二维频域，然后对二维频域的图像信号沿方位频谱方向分割成两部分信号，再对这两部分信号分别进行二维IFFT，得到两个低分辨的SAR复图像；3，对以上两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，从而得到低一级方位分辨率的SAR复图像；4，重复上述频谱分割-图像投影的处理步骤，直到获得每一个发射脉冲下的SAR回波信号。由于SAR回波数据快速仿真可以看做是SAR成像的逆运算，而本发明是基于FFBP的逆向处理，因此方法继承了FFBP成像算法自身的优势，即解决了任意轨迹任意构型任意信号模型下的SAR回波信号快速仿真的技术难点，该方法具有较高的精度和较高的处理效率，并且具有较好的工程实用性。在仿真测试过程中，验证了本发明所提方法的可行性和有效性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，其特征在于，所述基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法包括：
步骤一，建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像；
步骤二，将极坐标系下的SAR复图像进行二维FFT，变换至二维频域，同时，利用建立的信号模型和波数矢量分解，推导SAR复图像在极坐标系下的频谱解析表示式；根据频谱的解析表示并对应上一级的子孔径大小，对二维频域下的图像信号沿方位频谱分割成两部分信号，再对两部分信号分别进行方位IFFT，得到两个低分辨的SAR复图像；
步骤三，对两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，得到低一级方位分辨率的SAR复图像；
步骤四，重复步骤一-步骤三，不断获得方位分辨率逐级降低的SAR复图像，直到获得每一个发射脉冲下的SAR回波信号，结束递归；
所述步骤二具体包括：
(1)引入一组正交的波数矢量
Figure FDA0003894965110000011
和
Figure FDA0003894965110000012
得到i(ρ,θ)的频谱解析表示式，将所有距离矢量和波数矢量沿
Figure FDA0003894965110000013
和
Figure FDA0003894965110000014
的方向进行分解，并利用驻相点原理POSP，得到i(ρ,θ)的近似表达式：
i(ρ,θ)≈∫∫σexp[-j(ρ0-ρ)·Kρ]exp[-j(θ0-θ)·Kθ]dKρdKθ；
其中：Kθ＝ρ0Kρ⊥，为变量θ对应的频率，Kρ为变量ρ对应的频率，σ表示散射系数；极坐标下SAR复图像的频谱表示式为：
I(Kρ,Kθ)＝σexp(-jρ0Kρ)exp(-jθ0Kθ)；
(2)得到孔径回波信号，SAR图像以及频谱的对应关系；
对全孔径图像的频谱按照对应的孔径先进行分割方法包括：
(1)将全孔径信号分成了两个等长的子孔径信号，全孔径信号对应全孔径SAR图像，同时全孔径SAR图像对应了全孔径图像频谱；
(2)将全孔径图像频谱以Kθ＝0为中心，沿方位频率向划分为两部分，得到子孔径图像频谱1，和子孔径图像频谱2，其中，子孔径图像频谱1上对应子图像1的频谱，子图像1对应了子孔径1的回波信号，子孔径图像频谱2上对应子图像2的频谱，同时，子图像2对应了子孔径2的回波信号；
(3)将分割后得到的子孔径图像频谱1和子孔径图像频谱2进行二维IFFT，获得子孔径1和子孔径2对应的子图像1和子图像2。
2.如权利要求1所述的基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，其特征在于，所述步骤一建立信号模型，将笛卡尔坐标系下的场景复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像包括：
(1)雷达安装在移动的飞行平台上，沿着任意曲线
Figure FDA0003894965110000021
飞行，对于任意时刻t，天线相位中心APC的位置用xt和yt表示，其中xt和yt是关于t的函数；P0为雷达照射场景中的任意散射点，在笛卡尔坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)表示，在极坐标系下，P0位置用P0(x0,y0)；成像采用BP算法，在笛卡尔坐标系下，包含该点的SAR复图像表示为：
Figure FDA0003894965110000022
式中，
Figure FDA0003894965110000023
表示APC到P0的距离矢量，
Figure FDA0003894965110000024
表示发射信号对应的波数矢量；
Figure FDA0003894965110000025
表示APC到任意网格的距离矢量，K为
Figure FDA0003894965110000026
的模值，σ表示散射系数；
(2)将表示的SAR复图像投影至极坐标系下，得到极坐标系下的SAR复图像i(ρ,θ)。
3.如权利要求1所述的基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，其特征在于，所述步骤三对两个低分辨的SAR复图像投影至各自的极坐标系，得到低一级方位分辨率的SAR复图像包括：将得到的子图像1和子图像2投影到各自对应的极坐标系，得到上一级子孔径1和子孔径2对应的低分辨SAR复图像；子孔径1和子孔径2的回波信号与子图像1和子图像2的频谱方位相对应。
4.如权利要求1所述的基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法，其特征在于，所述步骤四重复步骤一-步骤三，进行递归处理，不断获得分辨率逐级降低的极坐标SAR复图像，直至获得每一个脉冲下的SAR回波信号，则结束递归处理。
5.一种应用权利要求1～4任意一项所述基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法的雷达。
6.一种应用权利要求1～4任意一项所述基于FFBP逆向处理的SAR回波信号快速仿真方法的雷达信号仿真系统。
CN202010127691.7A 2020-02-28 2020-02-28 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法 Active CN111352108B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010127691.7A CN111352108B (zh) 2020-02-28 2020-02-28 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010127691.7A CN111352108B (zh) 2020-02-28 2020-02-28 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111352108A CN111352108A (zh) 2020-06-30
CN111352108B true CN111352108B (zh) 2022-11-29

Family

ID=71192362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010127691.7A Active CN111352108B (zh) 2020-02-28 2020-02-28 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111352108B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113514827B (zh) * 2021-03-03 2023-09-05 南昌大学 无人机集群模式下合成孔径雷达成像处理方法及应用
CN113296062B (zh) * 2021-05-31 2023-11-24 南昌大学 基于检索最优值的sar欺骗模板生成方法、系统及应用
CN113552564B (zh) * 2021-06-23 2022-10-25 南昌大学 Sar对复杂地形场景时域快速成像方法、系统、终端及应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854504B (zh) * 2011-06-30 2014-08-13 中国科学院电子学研究所 基于回波模拟算子的稀疏合成孔径雷达成像方法
CN102830390B (zh) * 2012-08-24 2014-03-05 电子科技大学 一种双基地sar回波模拟方法
CN104007440B (zh) * 2014-06-03 2016-05-18 西安电子科技大学 一种加速分解后向投影聚束合成孔径雷达成像方法
CN104316924B (zh) * 2014-10-15 2016-07-13 南京邮电大学 机载超高分辨率sar反投影图像的自聚焦运动补偿方法
CN106802416B (zh) * 2017-02-21 2020-04-07 电子科技大学 一种快速因式分解后向投影sar自聚焦方法
CN107133385B (zh) * 2017-04-07 2020-10-27 中国人民解放军国防科学技术大学 基于模式变异的多模式合成孔径雷达回波信号仿真方法
CN107193004B (zh) * 2017-05-26 2019-11-15 中国人民解放军国防科学技术大学 一种基于离线投影的快速后向投影成像方法
CN108205135B (zh) * 2018-01-22 2022-03-04 西安电子科技大学 基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法
CN108957452A (zh) * 2018-07-22 2018-12-07 西安电子科技大学 一种合成孔径雷达自适应ffbp成像方法
CN109188432B (zh) * 2018-08-08 2022-07-29 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种平行双基聚束sar快速bp成像方法
CN109188436B (zh) * 2018-09-17 2020-07-31 电子科技大学 适用于任意平台轨迹的高效双基sar回波生成方法
CN109870686B (zh) * 2019-01-03 2023-08-01 西安电子科技大学 一种基于改进斜距模型的曲线轨迹sar斜视成像方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111352108A (zh) 2020-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111352108B (zh) 基于ffbp逆向处理的sar回波信号快速仿真方法
CN112835009B (zh) 一种基于fmcw雷达rai的数据集拓展方法
CN111443349B (zh) 基于BiSAR回波的相关运动误差补偿方法、系统及应用
Wacks et al. Passive synthetic aperture hitchhiker imaging of ground moving targets—Part 1: Image formation and velocity estimation
CN105445704A (zh) 一种sar图像中的雷达动目标抑制方法
CN112859074B (zh) 多频带多视角isar融合成像方法
Gong et al. Mathematic principle of active jamming against wideband LFM radar
CN109188384B (zh) 空间目标回波动态观测的电磁仿真方法
CN113050059A (zh) 利用互质阵雷达的群目标聚焦超分辨波达方向估计方法
CN108957452A (zh) 一种合成孔径雷达自适应ffbp成像方法
CN110879391B (zh) 基于电磁仿真和弹载回波仿真的雷达图像数据集制作方法
CN109188436B (zh) 适用于任意平台轨迹的高效双基sar回波生成方法
Zou et al. Light‐weight deep learning method for active jamming recognition based on improved MobileViT
Yang et al. Fast generation of deceptive jamming signal against space-borne SAR
CN116679265A (zh) 一种适用于地形起伏场景下的sar时域快速回波模拟方法
CN116359921A (zh) 基于加速轨迹双基前视合成孔径雷达的快速时域成像方法
Webster et al. Passive multistatic radar experiment using WiMAX signals of opportunity. Part 2: Multistatic velocity backprojection
CN115356729A (zh) 一种近场非均匀采样的直接稀疏成像方法
CN110736988B (zh) 双基地pfa运动目标参数估计和成像方法
CN112698279A (zh) 一站固定双基地sar回波信号快速生成方法
CN112731391A (zh) 高效的连续成像处理方法、系统、合成孔径雷达及终端
Tuo et al. Scanning Radar Super-Resolution Imaging of High-Speed Platform by Pattern Distorted Complex Convolution Model
Liu et al. Efficient nonuniform Fourier reconstruction for spaceborne/airborne bistatic SAR
CN113552564B (zh) Sar对复杂地形场景时域快速成像方法、系统、终端及应用
Zhang et al. Multiband passive ISAR processing based on Bayesian compressive sensing

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