CN111679255A - 斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置 - Google Patents

斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置，涉及机载合成孔径雷达领域。该方法包括：对回波信号进行走动校正和运动补偿；按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，得到至少一个子块信号；分别对每个子块信号进行SPECAN处理、距离徙动校正和逆SPECAN处理；将逆SPECAN处理后的子块信号进行拼接。本发明能够实现对二维空变距离徙动精确校正，实用性强，校正精度高，适用于实时处理板卡实现。

Description

斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置
技术领域
本发明涉及机载合成孔径雷达领域，尤其涉及一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置。
背景技术
斜视工作模式广泛用于机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)，斜视模式下由回波的斜视几何模型引起的距离向和方位向信号的耦合是需要解决的问题。距离向和方位向信号的耦合会造成成像聚焦质量下降，影响SAR图像的判读，目前通常用距离走动校正结合距离徙动校正的方法进行解耦合处理。
然而，目前的距离徙动校正方法可补偿非空变和部分距离空变距离徙动，但无法补偿由距离走动校正带来的二维空变距离徙动成分，目前缺乏针对斜视工作模式设计精确的二维空变距离徙动校正方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，包括：
获取回波信号，对所述回波信号进行走动校正和运动补偿；
按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，得到至少一个子块信号；
分别对每个所述子块信号进行SPECAN处理；
对SPECAN处理后的子块信号进行距离徙动校正；
对距离徙动校正后的子块信号进行逆SPECAN处理；
将逆SPECAN处理后的子块信号进行拼接，得到校正后的回波信号。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：
一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上述技术方案所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
本发明的有益效果是：本发明提供的二维空变距离徙动校正方法，首先将回波信号进行距离走动校正和粗距离徙动校正，然后对粗处理的信号进行子块划分，对各子块信号进行SPECAN处理，通过计算残余距离徙动量分布函数和补偿函数，对子块信号进行补偿，能够实现对二维空变距离徙动精确校正，实用性强，校正精度高，适用于实时处理板卡实现。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的流程示意图；
图2为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的回波信号分块方式示意图；
图3为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的3个目标点用现有方法校正后的距离曲线示意图；
图4为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的3个目标点用本发明方法校正后的距离曲线示意图；
图5为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的3个目标点用现有方法校正后的成像结果示意图；
图6为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的3个目标点用本发明方法校正后的成像结果示意图；
图7为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的3个目标点用现有方法和本发明方法校正后的方位脉冲响应曲线对比结果示意图；
图8为本发明二维空变距离徙动校正装置的实施例提供的结构框架示意图。
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，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明二维空变距离徙动校正方法的实施例提供的流程示意图，该二维空变距离徙动校正方法适用于机载合成孔径雷达，包括：
S1，获取回波信号，对回波信号进行走动校正和运动补偿。
需要说明的是，机载合成孔径雷达接收到回波信号后，可以首先将回波信号变换到距离波数域，同时根据场景中心点进行走动校正和运动补偿，包含包络补偿和相位补偿。然后再对距离脉冲压缩后的回波信号在二维时域进行根据距离变化的距离空变运动补偿，在距离徙动校正之前补偿距离空变运动误差。
S2，按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，得到至少一个子块信号。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求选择分块方式，例如，可以首先对走动校正后的回波信号进行距离分块，再进行方位分块，也可以，首先对走动校正后的回波信号进行方位分块，再进行距离分块。下面以距离分块为例，给出一种可选的分块方式。
如图2所示，提供了一种示例性的回波信号，为便于说明，以简单信号为例，对切分和拼接的方法进行说明。
图2为简单信号的频域波形，假设切分后，每段信号的的长度为L，重叠的部分为L/2，那么可以按照如图所示的方式进行切分，这样除了第一段信号和最后一段信号，每个信号都与相邻的两个信号完全重叠，从而提高补偿的精度。
拼装时，从第一段信号开始，以第一段信号重叠的L/2部分为拼接部分，将其与第二段信号中重叠的L/2部分进行拼接，再依次将各个分段信号重叠的部分拼接起来，就得到了完整的回波信号。
应理解，方位分块的分块方式和拼接方式同理，不再赘述。
优选地，在对回波信号进行分块后，可以首先对子块信号进行距离徙动校正，通过先对子块信号进行初步距离徙动校正，然后再对SPECAN处理后的子块信号的残余距离徙动量进行二次距离徙动校正，这样能够提高补偿的精度。
S3，分别对每个子块信号进行SPECAN处理。
可选地，可以构造SPECAN处理函数，然后将子块信号与SPECAN处理函数在二维时域相乘，再将子块信号变换到方位波数域，即完成SPECAN处理。
S4，对SPECAN处理后的子块信号进行距离徙动校正。
可选地，可以根据雷达参数构建距离徙动补偿函数，然后将子块信号变换到距离波数域，与距离徙动补偿函数相乘，再变换到距离时域，实现距离徙动量补偿。
应理解，如果之前对SPECAN处理前的子块信号进行初步距离徙动校正后，此时还会存在残余距离徙动量，那么步骤S4中的距离徙动校正是对这些残余距离徙动量进行校正，从而进一步提高校正精度。
S5，对距离徙动校正后的子块信号进行逆SPECAN处理。
可选地，可以通过构建逆SPECAN处理函数，将子块信号变换到方位时域，与逆SPECAN处理函数相乘，即完成逆SPECAN处理。
S6，将逆SPECAN处理后的子块信号进行拼接，得到校正后的回波信号。
应理解，可以采用并行处理的方式对全部子块进行进行SPECAN处理，从而提高校正效率。
下面结合具体实例，作进一步说明。
下面对本发明提出的距离徙动校正方法进行仿真验证，可以通过Matlab等软件进行仿真，实验参数如表1所示，用于对比的3个地面目标点的坐标如表2所示。
表1
参数 数值
载频 9GHz
带宽 1GHz
斜视角 45°
距离向分辨率 0.15m
方位向分辨率 0.15m
表2
地面目标点 坐标
目标点1 (1000,75)m
目标点2 (1200,0)m
目标点3 (800,0)m
下面用现有校正方法和本发明公开的校正方法对上述3个目标点的距离徙动校正和成像结果进行对比，其中现有校正方法采用距离走动校正加距离徙动粗校正。
如图3所示，为3个目标点用现有校正方法校正后的距离曲线，可知受斜视模式的影响，现有方法存在明显的残余徙动量未被校正。与现有方法相比，如图4所示，为3个目标点用本发明方法校正后的距离曲线，可知目标点残余徙动量已被目测校正。
如图5所示，为3个目标点用现有方法校正后的成像结果，方位聚焦采用方位脉冲压缩方式，现有方法会造成目标带聚焦性能下降。与现有方法相比，如图6所示，为3个目标点用本发明方法校正后的成像结果，可知本发明的距离徙动校正下目标点的聚焦性能良好。
如图7所示，为3个目标点用现有方法和本发明方法校正后的方位脉冲响应曲线对比结果，可知本发明方法的方位脉冲响应曲线目测效果更优。表3为现有方法和本发明方法校正后的目标点方位脉冲响应统计对比结果，评价因子分别为峰值旁瓣比(PSLR)、积分旁瓣比(ISLR)、主波束宽度(IRW)和峰值比(PVR)，可知本发明方法与现有方法相比，具有更优的方位脉冲响应性能。
表3
Figure BDA0002548258860000061
Figure BDA0002548258860000071
本实施例提供的二维空变距离徙动校正方法，首先将回波信号进行距离走动校正和粗距离徙动校正，然后对粗处理的信号进行子块划分，对各子块信号进行SPECAN处理，通过计算残余距离徙动量分布函数和补偿函数，对子块信号进行补偿，能够实现对二维空变距离徙动精确校正，实用性强，校正精度高，适用于实时处理板卡实现。
可选地，在一些可能的实施方式中，按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，具体包括：
对走动校正和运动补偿后的回波信号进行距离分块，得到至少一个距离子块，对每个距离子块进行距离徙动校正；
分别对距离徙动校正后的每个距离子块进行方位分块，将每个距离子块分成至少一个方位子块。
需要说明的是，对走动校正后的回波信号进行距离分块，距离子块长度N需要满足如下规则：
Figure BDA0002548258860000072
其中，ρa为方位向分辨率，λ为回波信号的波长。
可选地，实际应用过程中，距离分块一般选取1024点，并包含256点重叠。
对距离徙动校正后的距离向子块进行方位分块，方位子块长度M需要满足如下规则：
Figure BDA0002548258860000081
其中，ρr为距离向分辨率，r0为天线相位中心到场景中心的距离，L为合成孔径长度，θ为斜视角。
可选地，实际应用过程中，方位分块一般选取1024点，并包含256点重叠。
通过依次对回波信号进行距离分块和方位分块，能够便于对距离徙动校正进行精确补偿。
下面基于距离分块和方位分块后得到的子块信号，对本发明其他可选实施方式进行说明。
可选地，在一些可能的实施方式中，对回波信号进行走动校正和运动补偿，具体包括：
将回波信号变换到距离波数域，根据场景中心点进行走动校正和运动补偿，包含包络补偿和相位补偿；
对回波信号进行距离脉冲压缩；
对距离脉冲压缩后的回波信号在二维时域进行根据距离变化的距离空变运动补偿。
可选地，在一些可能的实施方式中，分别对每个子块信号进行SPECAN处理，具体包括：
构造SPECAN处理函数；
将每个子块信号与SPECAN处理函数在二维时域相乘，再将相乘后的子块信号变换到方位波数域，完成SPECAN处理；
其中，SPECAN处理函数为：
Figure BDA0002548258860000082
其中，HSPECAN(Xm)为SPECAN处理函数，Xm为第m个方位子块的方位向坐标，Krc为波数域中心，Krc＝4π/λ，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
可选地，在一些可能的实施方式中，对SPECAN处理后的子块信号进行距离徙动校正，具体包括：
计算SPECAN处理后的第i个子块信号的残余距离徙动量分布函数；
根据残余距离徙动量分布函数构造残余距离徙动补偿函数；
将第i个子块信号变换到距离波数域，然后与残余距离徙动补偿函数相乘，再将相乘后的第i个子块信号变换到距离域，完成对第i个子块信号的残余距离徙动量进行补偿；
其中，i＝1,2,……,M，M为子块信号的数量。
需要说明的是，目标点方位向坐标x与方位波数谱Ka之间的关系为：
Figure BDA0002548258860000091
其中，b1，b2，b3为多项式系数。
Figure BDA0002548258860000092
a1，a2，a3为：
Figure BDA0002548258860000093
Figure BDA0002548258860000094
Figure BDA0002548258860000095
其中，x为目标点的方位向坐标。
可选地，在一些可能的实施方式中，残余距离徙动量分布函数为：
Figure BDA0002548258860000096
其中，Δri(Um,Ka,rn)为残余距离徙动量分布函数，x为目标点的方位向坐标，Um为第m个方位子块的方位向坐标中心，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
可选地，在一些可能的实施方式中，残余距离徙动补偿函数为：
HRCMC(Kr,Ka)＝exp[jKr·Δri(Um,Ka,rn)]
其中，Kr为距离向波数谱。
可选地，在一些可能的实施方式中，对距离徙动校正后的子块信号进行逆SPECAN处理，具体包括：
构造逆SPECAN处理函数；
将距离徙动校正后的子块信号变换到方位时域，与逆SPECAN处理函数相乘，完成逆SPECAN处理；
其中，逆SPECAN处理函数为：
Figure BDA0002548258860000101
其中，Xm为第m个方位子块的方位向坐标，Krc为波数域中心，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。
本发明还提供一种存储介质，存储介质中存储有指令，当计算机读取指令时，使计算机执行如上述任意实施方式的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
本发明还提供一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正装置，包括：
存储器1，用于存储计算机程序；
处理器2，用于执行计算机程序，实现如上述任意实施方式的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，包括：
获取回波信号，对所述回波信号进行走动校正和运动补偿；
按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，得到至少一个子块信号；
分别对每个所述子块信号进行SPECAN处理；
对SPECAN处理后的子块信号进行距离徙动校正；
对距离徙动校正后的子块信号进行逆SPECAN处理；
将逆SPECAN处理后的子块信号进行拼接，得到校正后的回波信号。
2.根据权利要求1所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，按照预设分块方式对走动校正和运动补偿后的回波信号进行分块，具体包括：
对走动校正和运动补偿后的回波信号进行距离分块，得到至少一个距离子块，对每个所述距离子块进行距离徙动校正；
分别对距离徙动校正后的每个距离子块进行方位分块，将每个所述距离子块分成至少一个方位子块。
3.根据权利要求2所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，对所述回波信号进行走动校正和运动补偿，具体包括：
将所述回波信号变换到距离波数域，根据场景中心点进行走动校正和运动补偿，包含包络补偿和相位补偿；
对所述回波信号进行距离脉冲压缩；
对距离脉冲压缩后的回波信号在二维时域进行根据距离变化的距离空变运动补偿。
4.根据权利要求2所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，分别对每个所述子块信号进行SPECAN处理，具体包括：
构造SPECAN处理函数；
将每个所述子块信号与所述SPECAN处理函数在二维时域相乘，再将相乘后的子块信号变换到方位波数域，完成SPECAN处理；
其中，所述SPECAN处理函数为：
Figure FDA0002548258850000021
其中，HSPECAN(Xm)为SPECAN处理函数，Xm为第m个方位子块的方位向坐标，Krc为波数域中心，Krc＝4π/λ，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，对SPECAN处理后的子块信号进行距离徙动校正，具体包括：
计算SPECAN处理后的第i个子块信号的残余距离徙动量分布函数；
根据所述残余距离徙动量分布函数构造残余距离徙动补偿函数；
将第i个子块信号变换到距离波数域，然后与所述残余距离徙动补偿函数相乘，再将相乘后的第i个子块信号变换到距离域，完成对第i个子块信号的残余距离徙动量进行补偿；
其中，i＝1,2,……,M，M为子块信号的数量。
6.根据权利要求5所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，所述残余距离徙动量分布函数为：
Figure FDA0002548258850000031
其中，Δri(Um,Ka,rn)为残余距离徙动量分布函数，x为目标点的方位向坐标，Um为第m个方位子块的方位向坐标中心，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
7.根据权利要求6所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，所述残余距离徙动补偿函数为：
HRCMC(Kr,Ka)＝exp[jKr·Δri(Um,Ka,rn)]
其中，Kr为距离向波数谱。
8.根据权利要求2所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法，其特征在于，对距离徙动校正后的子块信号进行逆SPECAN处理，具体包括：
构造逆SPECAN处理函数；
将距离徙动校正后的子块信号变换到方位时域，与所述逆SPECAN处理函数相乘，完成逆SPECAN处理；
其中，所述逆SPECAN处理函数为：
Figure FDA0002548258850000032
其中，Xm为第m个方位子块的方位向坐标，Krc为波数域中心，rn为天线相位中心到第n个距离子块的中心点的距离，θ为斜视角。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至8中任一项所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
10.一种斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，实现如权利要求1至8中任一项所述的斜视机载合成孔径雷达二维空变距离徙动校正方法。
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