CN115291179B - 斜视sar二维分辨率分析方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种斜视SAR二维分辨率分析方法、电子设备及存储介质，该方法包括：基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果；通过二维频域插值补零处理得到精度增强成像结果；确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，及地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围；分别通过拉东变换，计算地面方位向夹角和计算地面距离向夹角；分别通过旋转变换，将精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，将精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴；分别进行地面方位向分辨率分析和地面距离向分辨率分析。本发明能计算任意方位向斜视角度观测SAR图像中点目标的二维分辨方向和分辨率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术领域，特别涉及一种斜视SAR二维分辨率分析方法、电子设备及存储介质。
背景技术
星载/机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具备全天时、全天候工作的能力，已成为对地遥感观测的一种重要手段。传统的星载/机载SAR主要采用正侧视工作模式，图像中目标方位向和距离向是正交的，只能在较小角度范围内探测目标，难以实现对目标散射信息的精细解译。随着相控阵电扫描技术的发展，方位向多角度斜视观测成为星载/机载SAR研究的热点，该技术不仅可以延长SAR对地探测时间，同时可提高目标散射信息获取能力。
然而，随着方位向斜视角度增大，回波信号二维耦合加剧，不仅增加了SAR成像难度，而且SAR图像中目标的二维分辨方向(也称旁瓣方向)和卫星/载机的飞行方向、视线方向不同，分辨能力也不同于正侧视观测模式，计算方法趋于复杂化，现有技术通常难以准确分析斜视SAR的二维分辨率及分辨方向。
发明内容
基于现有技术难以分析斜视SAR二维分辨率及分辨方向的问题，本发明实施例提供了一种斜视SAR二维分辨率分析方法、电子设备及存储介质，能够用于实际解算斜视SAR观测的二维分辨率和分辨方向。
第一方面，本发明实施例提供了一种斜视SAR二维分辨率分析方法，包括：
基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果；
基于得到的所述点目标区成像结果，通过二维频域插值补零处理，得到精度增强成像结果；
基于得到的所述精度增强成像结果，确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，进而确定地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围；其中，所述地面方位向夹角为地面方位向旁瓣方向与垂直轴的夹角，所述地面距离向夹角为地面距离向旁瓣方向与水平轴的夹角；
基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角，基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角；
通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，提取垂直方向信号；
对所述垂直方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面方位向信号；
基于所述地面方位向信号，进行地面方位向分辨率分析；
通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，提取水平方向信号；
对所述水平方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面距离向信号；
基于所述地面距离向信号，进行地面距离向分辨率分析。
可选地，所述基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果，包括：
获取斜视SAR数据，通过后向投影BP方法得到地面内成像结果；
基于所述地面内成像结果，通过截取待分析的点目标区域，得到对地平面投影后的点目标区成像结果。
可选地，所述基于得到的所述点目标区成像结果，通过二维频域插值补零处理，得到精度增强成像结果，包括：
将所述点目标区成像结果转换到二维频域，得到点目标频谱；
基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱；
将二维插值后的频谱转换回二维时域，得到精度增强成像结果。
可选地，所述基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱，包括：
判断所述点目标频谱是否连续，否则通过二维循环移位得到连续的频谱；
确定方位向和方位垂向的补零倍数，建立用于二维插值的全零矩阵；
将待插值的频谱切分为4块，分别赋值给所述全零矩阵的4个角域，得到二维插值后的频谱。
可选地，所述基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果中，地面距离向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第一矩阵；
基于所述第一矩阵和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角；
所述基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果中，地面方位向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第二矩阵；
基于所述第二矩阵和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角。
可选地，所述通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，提取垂直方向信号，包括：
根据所述地面方位向夹角，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，得到第三矩阵；
基于所述第三矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在列，作为垂直方向信号；
所述通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，提取水平方向信号，包括：
根据所述地面距离向夹角，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，得到第四矩阵；
基于所述第四矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在行，作为水平方向信号。
可选地，所述对所述垂直方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面方位向信号，包括：
将所述最大值所在列转换到方位频域，在方位频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回方位时域，得到精度增强的地面方位向信号；
所述对所述水平方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面距离向信号，包括：
将所述最大值所在行转换到距离频域，在距离频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回距离时域，得到精度增强的地面距离向信号。
可选地，所述在方位频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定列数据插值倍数，建立用于一维插值的全零列向量；
将方位频域下的最大值所在列赋值给所述全零列向量的中部；
所述在距离频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定行数据插值倍数，建立用于一维插值的全零行向量；
将方位频域下的最大值所在行赋值给所述全零行向量的中部。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
本发明实施例提供了一种斜视SAR二维分辨率分析方法、电子设备及存储介质，本发明将斜视SAR数据对地平面(也称地面或地距平面)投影成像，进行精度增强后，通过拉东变换，分别计算出地面方位向夹角和地面距离向夹角，再分别进行旋转变换后，对应地提取出地面方位向信号和地面距离向信号，进而分别进行地面方位向分辨率分析和地面距离向分辨率分析；本发明可以计算出任意方位向斜视角度观测SAR图像中点目标的二维分辨方向和分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种斜视SAR二维分辨率分析方法流程图；
图2(a)是方位向斜视角度为0°时的仿真SAR点目标二维等高线图；
图2(b)是方位向斜视角度为10°时的仿真SAR点目标二维等高线图；
图2(c)是方位向斜视角度为20°时的仿真SAR点目标二维等高线图；
图2(d)是方位向斜视角度为30°时的仿真SAR点目标二维等高线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如前所述，随着方位向斜视角度增大，回波信号二维耦合加剧，不仅增加了SAR成像难度，而且SAR图像中目标的二维分辨方向(也称旁瓣方向)和卫星/载机的飞行方向、视线方向不同，分辨能力也不同于正侧视观测模式，计算方法趋于复杂化，现有技术通常难以准确分析斜视SAR的二维分辨率及分辨方向。有鉴于此，本发明提供了一种基于斜视SAR探测结果对地面投影的点目标区成像结果解析SAR二维分辨率和旁瓣方向的方法。
下面描述以上构思的具体实现方式。
请参考图1，本发明实施例提供了一种斜视SAR二维分辨率分析方法，该方法包括：
步骤100，基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果；
步骤102，基于得到的所述点目标区成像结果，通过二维频域插值补零处理，得到精度增强成像结果；
步骤104，基于得到的所述精度增强成像结果，确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，进而确定地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围；其中，所述地面方位向夹角为地面方位向旁瓣方向与垂直轴的夹角，所述地面距离向夹角为地面距离向旁瓣方向与水平轴的夹角；旁瓣方向也即分辨方向；
步骤106，基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东(radon)变换，计算所述地面方位向夹角；基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东(radon)变换，计算所述地面距离向夹角；
步骤108，通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，并提取垂直方向信号；
步骤110，对提取到的所述垂直方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面方位向信号；
步骤112，基于所述地面方位向信号，进行地面方位向分辨率分析；
步骤114，通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，并提取水平方向信号；
步骤116，对所述水平方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面距离向信号；
步骤118，基于所述地面距离向信号，进行地面距离向分辨率分析。
本发明实施例在地面内解算目标的二维分辨率和分辨方向，通过插值补零提高解算精度，利用拉东变换分别计算出地面方位向夹角和地面距离向夹角，再分别进行旋转变换，将地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，提取垂直方向信号，将地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，提取水平方向信号，然后分别基于提取到的垂直方向信号和水平方向信号实现分辨率分析。本发明可以计算任意方位向斜视角度观测SAR图像中点目标的二维分辨方向和分辨率，并且针对点目标区成像结果进行计算，处理效率高，适用机载\星载SAR滑动聚束、条带、聚束等多种模式，通用性强。
下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。
可选地，步骤100包括：
获取斜视SAR数据，通过后向投影BP方法得到地面内成像结果；
基于所述地面内成像结果，通过截取待分析的点目标区域，得到对地平面投影后的点目标区成像结果。
采用上述实施例，可通过后向投影BP方法得到地面内成像结果，再截取出待分析的点目标区域，实现方式简单，且能够提高处理效率。具体截取的点目标区域大小可根据实际需要划定。
可选地，步骤102包括：
将所述点目标区成像结果转换到二维频域，得到点目标频谱；
基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱；
将得到的二维插值后的频谱转换回二维时域，得到精度增强成像结果。
采用上述实施例，可实现增强点目标区成像结果，提高计算精度，从而获得更为准确的解析结果。
进一步地，将所述点目标区成像结果转换到二维频域，得到点目标频谱，包括：
通过快速傅里叶变换，将所述点目标区成像结果的列数据转换到方位频域，得到方位频域数据；
通过快速傅里叶变换，将所述方位频域数据的行数据转换到距离频域，得到点目标频谱。
进一步地，所述基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱，包括：
判断所述点目标频谱是否连续，是则继续处理，否则通过二维循环移位得到连续的频谱；
确定方位向和方位垂向的补零倍数，建立用于二维插值的全零矩阵；
将待插值的频谱切分为4块，分别赋值给所述全零矩阵的4个角域，得到二维插值后的频谱。
为保证频域补零插值处理时点目标频谱是连续的，要求二维频域信号频谱位于频谱内部，即不间断，通过二维循环移位可得到连续的频谱。方位向和方位垂向的补零倍数可根据实际需要设置，补零倍数偏小可能导致精度偏低，偏大则会增加运算时间，且精度不可能无限提高。将待插值的频谱切分为4块，分别赋值给所述全零矩阵的4个角域，即，二维插值后的频谱的四个顶角区域与原频谱的矩阵元素数值相同，中间十字型区域内的所有矩阵元素数值仍为零。
进一步地，所述将二维插值后的频谱转换回二维时域，得到精度增强成像结果，包括：
通过快速傅里叶逆变换，将二维插值后的频谱的行数据转换到距离时域，得到距离时域方位频域数据；
通过快速傅里叶逆变换，将所述距离时域方位频域数据的列数据转换到方位时域，得到精度增强成像结果。
可选地，步骤104中确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，可根据所述精度增强成像结果中的各矩阵元素数值进行划定。地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围可结合划定结果与SAR系统参数进行确定。
可选地，步骤106中，计算所述地面方位向夹角包括：
将所述精度增强成像结果中，地面距离向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第一矩阵；
基于所述第一矩阵和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角；
计算所述地面距离向夹角包括：
将所述精度增强成像结果中，地面方位向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第二矩阵；
基于所述第二矩阵和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角。
通过拉东变换函数搜索所述地面方位向夹角前，将地面距离向旁瓣所对应的矩阵元素均赋值为0，能够减小地面距离向旁瓣对地面方位向旁瓣分析的影响，同样地，通过拉东变换函数搜索所述地面距离向夹角前，将地面方位向旁瓣所对应的矩阵元素均赋值为0，能够减小地面方位向旁瓣对地面距离向旁瓣分析的影响。
需要说明的是，步骤106中计算所述地面方位向夹角与计算所述地面距离向夹角的过程可分开同步进行，从而节省处理时间。如图1所示，步骤108至步骤112为解析地面方位向分辨率的过程，步骤114至步骤118为解析地面距离向分辨率的过程，这两个过程也可分开同步进行，以便节省分析时间。
可选地，步骤108包括：
根据所述地面方位向夹角，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，得到第三矩阵；
基于所述第三矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在列，作为垂直方向信号；
相应地，步骤114包括：
根据所述地面距离向夹角，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，得到第四矩阵；
基于所述第四矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在行，作为水平方向信号。
采用上述实施例，通过最大值搜索，可有效提取对应地面方位向、地面距离向的信号，用于后续的地面方位向、地面距离向分辨率分析。
进一步地，步骤110包括：
将所述最大值所在列转换到方位频域，在方位频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回方位时域，得到精度增强的地面方位向信号；
相应地，步骤116包括：
将所述最大值所在行转换到距离频域，在距离频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回距离时域，得到精度增强的地面距离向信号。
进一步地，步骤110中，所述在方位频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定列数据插值倍数，建立用于一维插值的全零列向量；
将方位频域下的最大值所在列赋值给所述全零列向量的中部；
步骤116中，所述在距离频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定行数据插值倍数，建立用于一维插值的全零行向量；
将方位频域下的最大值所在行赋值给所述全零行向量的中部。
采用上述实施例，通过一维补零插值，可进一步提高信号精度，有利于解算分辨率。列数据插值倍数和行数据插值倍数的具体数值可根据实际需要进行设置。
可选地，步骤112进行地面方位向分辨率分析，包括：
计算地面方位向分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比；
相应地，步骤118进行地面距离向分辨率分析，包括：
计算地面距离向分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比。
采用上述实施例，可实现斜视SAR二维分辨率分析。同时，二维分辨方向的研究有助于旁瓣抑制，避免强点目标附近微弱目标被遮挡，提高SAR图像整体质量和信息解译能力。
进一步地，该分析方法还包括：
基于斜视SAR数据对应的系统参数，分别计算地面方位向、地面距离向的分辨率及旁瓣方向理论值，进而确定地面方位向、地面距离向的分辨率计算误差和角度计算误差。
可选地，本发明实施例提供了一种斜视SAR二维分辨率分析方法，包括：
步骤200-1，获取斜视SAR数据，通过后向投影BP方法得到地面内成像结果；
步骤200-2，基于所述地面内成像结果，通过截取待分析的点目标区域，得到对地平面投影后的点目标区成像结果S0(1:Na,1:Nr)，其中Na表示截取的点目标区域垂直轴(卫星/载机飞行方向)数据点数，Nr表示截取的点目标区域水平轴(方位垂向)数据点数；
步骤202-1，通过快速傅里叶变换，将所述点目标区成像结果的列数据转换到方位频域，得到方位频域数据，表达式为：S1(:,n)＝FFT(S0(:,n)),n＝1,2,…,Nr，其中FFT(·)表示对一维数组进行快速傅里叶变换，S0(:,n)表示矩阵形式的点目标区成像结果S0的第n列，S1(:,n)表示方位频域数据S1的第n列；
步骤202-2，通过快速傅里叶变换，将所述方位频域数据的行数据转换到距离频域，得到点目标频谱，表达式为：S2(m,:)＝FFT(S1(m,:)),m＝1,2,…,Na，其中S1(m,:)表示方位频域数据S1的第m行，S2(m,:)表示点目标频谱S2的第m行；
步骤202-3，判断所述点目标频谱是否连续，是则继续处理，否则通过二维循环移位得到连续的频谱；假设垂直轴需要循环移位点数为Nh，水平轴需要循环移位点数为Nl，即，将点目标频谱S2沿垂直轴向下循环移动Nh点、再沿水平轴向右循环移动Nl点，二维循环移位后得到频谱的数据S4；若不需要二维循环移位，则S4＝S2；二维循环移位为现有技术，在此不再赘述；
步骤202-4，确定方位向和方位垂向的补零倍数，建立用于二维插值的全零矩阵；假设二维频谱沿方位向和方位垂向的补零倍数分别为Ia和Ir，则补零后数据矩阵大小为NaIa×NrIr，创建大小为NaIa×NrIr的、数值为0的全零矩阵用于存储补零后的二维频谱；
步骤202-5，将待插值的频谱切分为4块，分别赋值给所述全零矩阵的4个角域，得到二维插值后的频谱，表达式为：
其中S5为二维插值后的频谱，h表示将频谱S4按列分割为两部分的参量，l表示将频谱S4按行分割为两部分的参量，且1＜h＜Na,1＜l＜Nr，h和l的具体数值可根据实际需要设置；
步骤202-6，通过快速傅里叶逆变换，将二维插值后的频谱的行数据转换到距离时域，得到距离时域方位频域数据，表达式为：S6(m,:)＝IFFT(S5(m,:)),m＝1,2,…,NaIa，其中S5(m,:)表示二维插值后的频谱S5的第m行，S6(m,:)表示距离时域方位频域数据S6的第m行，IFFT(·)表示快速傅里叶逆变换；
步骤202-7，通过快速傅里叶逆变换，将所述距离时域方位频域数据的列数据转换到方位时域，得到精度增强成像结果，表达式为：S7(:,n)＝IFFT(S6(:,n)),n＝1,2,…,NrIr，其中S6(:,n)表示距离时域方位频域数据S6的第n列，S7(:,n)表示精度增强成像结果S7的第n列；
步骤204，根据所述精度增强成像结果中的矩阵元素数值，确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，进而确定地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围；其中，所述地面方位向夹角为地面方位向旁瓣方向与垂直轴的夹角，所述地面距离向夹角为地面距离向旁瓣方向与水平轴的夹角；
步骤206-1，基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东(radon)变换，计算所述地面方位向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果S7中，地面距离向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第一矩阵；
基于所述第一矩阵和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角
步骤206-2，基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东(radon)变换，计算所述地面距离向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果S7中，地面方位向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第二矩阵；
基于所述第二矩阵和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角
步骤208-1，根据所述地面方位向夹角，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，得到第三矩阵；旋转变换可采用matlab自带的imrotate函数，第三矩阵旋转后垂直轴即为方位向旁瓣所在方向，垂直轴每两点之间代表的距离间隔与旋转之前相同；其中，bicubic表示双三次插值，crop表示旋转后对图像进行裁剪，保证旋转前后图像尺寸一样；
步骤208-2，基于所述第三矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在列，作为垂直方向信号，即，搜索获取第三矩阵S8最大值所在列nl，取第三矩阵S8的第nl列S8(:,nl)为分析地面方位向分辨率对应的数据；
步骤210-1，通过快速傅里叶变换将所述最大值所在列转换到方位频域，表达式为FFT[S8(:,nl)]；
步骤210-2，确定列数据插值倍数，建立用于一维插值的全零列向量；设列数据插值倍数为Ia1，则建立大小为NaIaIa1×1、数值为0的一维列向量g1(1:NaIaIa1,1)＝0；
步骤210-3，将方位频域下的最大值所在列赋值给所述全零列向量的中部，完成基于补零的一维插值处理，即，令列向量g1中间部分的NaIa个单元取值为g1(NaIaIa1/2-NaIa/2+1:NaIaIa1/2+NaIa/2,1)＝FFT[S8(:,nl)]；
步骤210-4，通过快速傅里叶逆变换将赋值后的列向量g1转换到方位时域，得到h1＝IFFT(g1(1:NaIaIa1,1))，h1为精度增强的地面方位向信号；
步骤212-1，计算地面方位向分辨率，包括：
搜索数据h1最大值所在行为mh，幅度(数值)的最大值为max(h1|)，在最大值max(h1|)所在行两侧查找幅值为的两个位置分别记为m1,m2，则实际计算得到地面方位向分辨率为其中Δa为成像时划分的方位向网格大小；
步骤212-2，计算峰值旁瓣比，包括：
由m1,m2位置得到地面方位向粗略主瓣宽度为ΔWm＝2×|m2-m1|，搜索数据h1最大值max(|h1|)两侧第一旁瓣的最大值：max(|h1|)left＝max[|h1(1:mh-0.5ΔWm,1)|]表示一维向量h1(1:mh-0.5ΔWm,1)对应的最大值，该最大值在数据h1中位置记为m3；max(|h1|)right＝max[|h1(mh+0.5ΔWm:NaIaIa1,1)|]表示一维向量h1(mh+0.5ΔWm:NaIaIa1,1)对应的最大值，该最大值在数据h1中位置记为m4，取max(|h1|)left,max(|h1|)right中较大者为第一旁瓣最大值max(|h1|)side，则地面方位向峰值旁瓣比为PSLRa＝20lg[max(|h1|)side/max(|h1|)]；
步骤212-3，计算积分旁瓣比，包括：
搜索一维向量|h1(m3:mh,1)|对应的最小值在数据h1中位置为m5，作为主瓣左侧零点位置，搜索一维向量|h1(mh:m4,1)|对应的最小值在数据h1中位置为m6，作为主瓣右侧零点位置，目标方位向主瓣能量为目标方位向旁瓣能量为目标地面方位向积分旁瓣比为ISLRa＝10lg(Esa/Ema)；
步骤214-1，根据所述地面距离向夹角，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，得到第四矩阵；旋转变换可采用matlab自带的imrotate函数，第四矩阵旋转后水平轴即为距离向旁瓣所在方向，水平轴每两点之间代表的距离间隔与旋转之前相同；
步骤214-2，基于所述第四矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在列，作为水平方向信号，即，搜索获取第四矩阵S9最大值所在行ml，取第四矩阵S9的第ml行S9(ml,:)为分析地面距离向分辨率对应的数据；
步骤216-1，通过快速傅里叶变换将所述最大值所在行转换到距离频域，表达式为FFT[S9(ml,:)]；
步骤216-2，确定行数据插值倍数，建立用于一维插值的全零行向量；设行数据插值倍数为Ir1，则建立大小为1×NrIrIr1、数值为0的一维行向量g2(1,1:NrIrIr1)＝0；
步骤216-3，将距离频域下的最大值所在行赋值给所述全零行向量的中部，完成基于补零的一维插值处理，即，令行向量g2中间部分的NrIr个单元取值为g2(1,NrIrIr1/2-NrIr/2+1:NrIrIr1/2+NrIr/2)＝FFT[S9(ml,:)]；
步骤216-4，通过快速傅里叶逆变换将赋值后的行向量g2转换到距离时域，得到h2＝IFFT(g2(1,1:NrIrIr1))，h2为精度增强的地面距离向信号；
步骤218-1，计算地面距离向分辨率，包括：
搜索数据h2最大值所在列为nh，幅度(数值)的最大值为max(|h2|)，在最大值max(|h2|)所在列两侧查找幅值为的两个位置分别记为n1,n2，则实际计算得到地面距离向分辨率为其中Δr为成像时划分的方位垂向网格大小；
步骤218-2，计算峰值旁瓣比，包括：
由n1,n2位置得到地面距离向粗略主瓣宽度为ΔVm＝2×|n2-n1|，搜索数据h2最大值max(|h2|)两侧第一旁瓣的最大值：max(|h2|)left＝max[|h2(1,1:nh-0.5ΔVm)|]表示一维向量h2(1,1:nh-0.5ΔVm)对应的幅度最大值，该最大值在数据h2中位置记为n3，max(|h2|)right＝max[|h2(1,nh+0.5ΔVm:NrIrIr1)|]表示一维向量h2(1,nh+0.5ΔVm:NrIrIr1)对应的幅度最大值，该最大值在数据h2中位置记为n4，取max(|h2|)left,max(|h2|)right中较大者为第一旁瓣最大值max(|h2|)side，则地面距离向峰值旁瓣比为PSLRr＝20lg[max(|h2|)side/max(|h2|)]；
步骤218-3，计算积分旁瓣比，包括：
搜索一维向量|h2(1,n3:nh)|最小值在数据h2中位置为n5作为主瓣左侧零点位置，搜索一维向量|h1(nh:n4,1)|最小值在数据h2中位置为n6作为主瓣右侧零点位置，目标距离向主瓣能量为目标距离向旁瓣能量为目标地面距离向积分旁瓣比为ISLRr＝10lg(Esr/Emr)。
进一步地，该分析方法还包括：
步骤220-1，获取斜视SAR数据对应的系统参数，包括：卫星(载机)下视角θ、方位向斜视角度雷达波长λ、卫星(载机)飞行速度vs、发射信号带宽Bw、中心时刻场景中心参考斜距r0和合成孔径时间Ts；
步骤220-2，计算地面方位向旁瓣方向偏离垂直轴的角度α，表达式为其中，
步骤220-3，计算地面距离向旁瓣方向偏离水平轴的角度β，表达式为
步骤220-4，计算地面方位向分辨率理论值，表达式为：其中为点目标方位向信号带宽；
步骤220-5，计算地面距离向分辨率理论值，表达式为：c为光速；
步骤220-6，通过对比实际计算得到的地面方位向夹角和理论计算得到的地面方位向旁瓣方向偏离垂直轴的角度α，可得角度计算误差通过对比实际计算得到的地面方位向分辨率ρaj和地面方位向分辨率理论值ρga，可得分辨率计算误差Δρa＝ρaj-ρga；
步骤220-7，通过对比实际计算得到的地面距离向旁夹角和理论计算得到的地面距离向旁瓣方向偏离水平轴的角度β，可得角度计算误差通过对比实际计算得到的地面距离向分辨率ρrj和地面距离向分辨率理论值ρgr，可得分辨率计算误差Δρr＝ρrj-ρgr。
为说明本发明所提供的分析方法的有效性，进行了如下仿真实验，部分仿真系统参数如表1所示，按照方位向斜视角度为10°,20°,30°分别开展四组合成孔径时间相等的聚束工作模式仿真，所得点目标二维等高线图如图2(a)至图2(d)所示。由图2(a)至图2(d)可知，仿真结果聚焦良好，且随着观测斜视角度的增大，二维旁瓣方向逐渐倾斜。表2所示为四组仿真中分辨率仿真结果和旁瓣方向仿真结果，以及理论公式推导所得的分辨率理论结果和旁瓣方向理论结果，其中分辨率最大误差为0.02m，旁瓣方向最大误差在1°以内，验证了该分析方法的可行性。误差来源于两方面：一是分析时采用的直线模型，而仿真是星载的曲线轨迹，二是基于拉东变换确定旁瓣方向时存在计算误差。同时，对于合成孔径时间相同的多次观测，随着方位观测斜视角度的增大，地面方位向分辨率降低，地面距离向分辨率略微增大，说明地面方位向分辨率对斜视角度变化更敏感，并且地面方位向旁瓣方向的变化较大。因此，若为保证目标点沿地面方位向分辨率恒定，随着方位向斜视角度的增加应该适当增加观测时间。
表1部分仿真系统参数
表2 SAR方位斜视观测点目标BP成像地平面分辨率验证
本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种斜视SAR二维分辨率分析方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种斜视SAR二维分辨率分析方法。
具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种斜视SAR二维分辨率分析方法，其特征在于，包括：
基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果；
基于得到的所述点目标区成像结果，通过二维频域插值补零处理，得到精度增强成像结果；
基于得到的所述精度增强成像结果，确定点目标的地面方位向旁瓣和地面距离向旁瓣，进而确定地面方位向夹角和地面距离向夹角的范围；其中，所述地面方位向夹角为地面方位向旁瓣方向与垂直轴的夹角，所述地面距离向夹角为地面距离向旁瓣方向与水平轴的夹角；
基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角，基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角；
通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，提取垂直方向信号；
对所述垂直方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面方位向信号；
基于所述地面方位向信号，进行地面方位向分辨率分析；
通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，提取水平方向信号；
对所述水平方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面距离向信号；
基于所述地面距离向信号，进行地面距离向分辨率分析。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
所述基于斜视SAR数据，得到对地平面投影后的点目标区成像结果，包括：
获取斜视SAR数据，通过后向投影BP方法得到地面内成像结果；
基于所述地面内成像结果，通过截取待分析的点目标区域，得到对地平面投影后的点目标区成像结果。
3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
所述基于得到的所述点目标区成像结果，通过二维频域插值补零处理，得到精度增强成像结果，包括：
将所述点目标区成像结果转换到二维频域，得到点目标频谱；
基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱；
将二维插值后的频谱转换回二维时域，得到精度增强成像结果。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，
所述基于所述点目标频谱，在二维频域进行基于补零的二维插值处理，得到二维插值后的频谱，包括：
判断所述点目标频谱是否连续，否则通过二维循环移位得到连续的频谱；
确定方位向和方位垂向的补零倍数，建立用于二维插值的全零矩阵；
将待插值的频谱切分为4块，分别赋值给所述全零矩阵的4个角域，得到二维插值后的频谱。
5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
所述基于所述精度增强成像结果和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果中，地面距离向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第一矩阵；
基于所述第一矩阵和所述地面方位向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面方位向夹角；
所述基于所述精度增强成像结果和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角，包括：
将所述精度增强成像结果中，地面方位向旁瓣对应的矩阵元素赋值为0，得到第二矩阵；
基于所述第二矩阵和所述地面距离向夹角的范围，通过拉东变换，计算所述地面距离向夹角。
6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，
所述通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，提取垂直方向信号，包括：
根据所述地面方位向夹角，将所述精度增强成像结果的地面方位向旁瓣方向旋转到垂直轴，得到第三矩阵；
基于所述第三矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在列，作为垂直方向信号；
所述通过旋转变换，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，提取水平方向信号，包括：
根据所述地面距离向夹角，将所述精度增强成像结果的地面距离向旁瓣方向旋转到水平轴，得到第四矩阵；
基于所述第四矩阵进行矩阵元素最大值搜索，提取最大值所在行，作为水平方向信号。
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，
所述对所述垂直方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面方位向信号，包括：
将所述最大值所在列转换到方位频域，在方位频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回方位时域，得到精度增强的地面方位向信号；
所述对所述水平方向信号进行一维频域插值补零处理，得到精度增强的地面距离向信号，包括：
将所述最大值所在行转换到距离频域，在距离频域进行基于补零的一维插值处理，再转换回距离时域，得到精度增强的地面距离向信号。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，
所述在方位频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定列数据插值倍数，建立用于一维插值的全零列向量；
将方位频域下的最大值所在列赋值给所述全零列向量的中部；
所述在距离频域进行基于补零的一维插值处理，包括：
确定行数据插值倍数，建立用于一维插值的全零行向量；
将方位频域下的最大值所在行赋值给所述全零行向量的中部。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-8中任一项所述的分析方法。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行权利要求1-8中任一项所述的分析方法。
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