专利名称：一种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达成像方法
技术领域：
本发明涉及一种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达(SAR)成像方法，属于信号处理技术领域。
背景技术：
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种具备高分辨能力的微波成像雷达，与光学、红外传感器相比，SAR具有全天时、全天候工作以及作用距离远的独特优点。弹载条件下，将SAR应用到导弹末制导中，因其能在黑夜、烟雾、强光干扰等恶劣环境下发现目标，故SAR更能适于实际作战中导弹工作的复杂环境。在导弹末制导阶段，SAR导引头将所获取的包含地面场景信息的图像与自带的电子图像进行匹配，由空间几何关系推算出导引头的位置坐标，修正惯性导航系统的积累误差，从而提高制导精度，进行精确打击。 在导弹的末制导阶段，由于SAR工作在俯冲模式，因此其与常规的机载SAR最大不同之处在于雷达平台与地面目标的垂直高度随时间而变化，这就使得俯冲模型下的SAR回波信号不再具备常规平飞模型下SAR回波信号的方位平移不变特性，从而导致常规SAR成像方法不能直接应用于俯冲模型下的SAR成像处理。孙兵等研究了高速俯冲条件下的SAR成像方法，提出了一种等效正侧视的工作模式，在该模式下场景中心处目标的距离徙动较小，能实现成像功能，但由于实际条件的限制，一般情况下会偏离这种等效正侧视工作模式，因而该方法仅限于特定条件下使用。俞根苗等研究了弹载俯冲侧视下的SAR成像方法，提出了一种利用子孔径处理技术来克服多普勒参数变化大的问题，可得到聚焦效果较好的子孔径图像，但方位向的分辨率较低，并且存在子孔径图像叠加的问题，增加了系统处理时间。秦玉亮等提出了一种基于距离-多普勒算法的俯冲弹道条件下的SAR成像方法，该方法在没有增加成像复杂性的基础上实现了非直线孔径的成像处理，但其成像精度较低，不适于精确制导。易予生等将改进的调频变标方法应用到大场景的弹载俯冲SAR成像处理中，适用于宽测绘带成像，但其成像效率较低，并且对发射信号存在误差时的处理较差。1996 年 Davidson 等首先提出非线性变标(Nonlinear Chirp Scaling, NCS) SAR成像处理方法，该方法最早用于二次距离压缩处理，既考虑了二次距离压缩的等效调频率随多普勒频率的变化，同时也考虑了其随距离的线性变化，从而大大提高了非线性变标方法处理斜视SAR数据的能力。2001年Wong等将NCS方法应用到方位向的数据处理，得到方位向NCS成像处理方法，该方法通过在方位向引入非线性变标操作，可以较好地补偿多普勒调频率随方位时间的变化，从而有效增大方位聚焦深度和提高聚焦质量。周松等提出了一种基于方位非线性变标的弹载SAR下降段成像方法，该方法能够处理俯冲模型下的数据处理，但由于其采用的距离模型精度不够，不适于高精度的成像处理。

发明内容
本发明提出一种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达成像方法，该方法能够处理俯冲模型下合成孔径雷达的全孔径回波数据，实现较大斜视角的高精度成像。—种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达成像方法，所应用的场景是雷达以速度ν沿YOZ平面直线AB飞行，雷达的波束中心照射地面点目标T，A点位于Z轴上，经过时间t后雷达位于B点，Vz表示雷达沿Z方向的速度分量，Vy表示雷达沿Y方向的速度分量，Θ为地面点目标T的等效斜视角；标记雷达位于A点时，雷达与地面的高度为H。，雷达与点目标T的距离为Rtl，点目标T对应的下视角为Y ;标记雷达位于B点时，雷达与点目标T的距离/《/) = + (vt)2 -IR0Itv0 ,参数V0 = VzCos y +vysin y cos Θ ;具体本发明方法包括以下几个步骤步骤一对SAR原始回波数据Stl ( τ，t)做距离向快速傅里叶变换(FFT)，将回波数据变换至距离频域-方位时域内进行距离走动校正，将变换后的数据与距离走动校正因子H^f,, t)相乘，得到距离走动校正后的数据S2 (f\，t) ； τ代表距离时间，t代表方位时间，f τ表示距离频率。步骤二 对距离走动校正后的数据进行方位向FFT，将数据变换至距离频域-方位·频域内进行距离补偿，将变换后的数据与距离补偿因子
权利要求
1.一种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，该方法所应用的场景是雷达以速度V沿YOZ平面直线AB飞行，雷达的波束中心照射地面点目标T，A点位于Z轴上，经过时间t后雷达位于B点，Vz表示雷达沿Z方向的速度分量，Vy表示雷达沿Y方向的速度分量，Θ为地面点目标T的等效斜视角；标记雷达位于A点时，雷达与地面的高度为Htl，雷达与点目标T的距离为Rtl，点目标T对应的下视角为Y ;标记雷达位于B点时，雷达与点目标 T 的距离
2.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述的步骤一的具体实现方法是 所述的SAR的原始回波数据表示为
3.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述的步骤二实现的方法是 对数据S2 (f τ，t)进行方位向FFT，得到数据S3 (f τ，f)，忽略幅度的影响，数据S3 (f τ，f)的相位03(f τ, f)为
4.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述的步骤三具体实现方法为 忽略数据34(1，0的常数相位、以及距离与方位两个方向的线性相位后，对数据S4(f\，f)做距离向IFFT，得到数据S5(R0,f) S5 (R0, f) = exp {j Φ5 (R0, f)}，相位
5.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述的步骤四的具体实现方法为 对数据S6 (R。，f)进行方位向IFFT后，得到数据S7 (R。，t) 57(R0, t) = exp {j Φ 7 (R0, t)},相位 Φ 7 (R0, t) = π Ka (tn) (t_tn)2 ； 其中，、为点目标的方位向波束中心穿越时刻；Ka(tn)表示随方位时间变化的多普勒调频率，
6.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述的步骤五中，对方位向非线性变标处理后的数据进行方位向FFT，得到数据S9O^ f)
全文摘要
本发明提出一种俯冲模型方位向非线性变标的合成孔径雷达(SAR)成像方法，首先对SAR的原始回波数据做距离向快速傅里叶变换(FFT)后进行距离走动校正；其次进行方位向FFT后进行距离补偿；再进行距离向快速傅里叶逆变换(IFFT)后进行三次相位补偿；然后进行方位向IFFT后，进行方位向非线性变标处理；最后再进行方位向FFT后，进行方位补偿，对方位补偿后的数据进行方位向IFFT，得到最终的SAR图像。本发明可实现较大斜视角的SAR成像，增大了方位向的聚焦深度，在俯冲模型下可实现较大方位聚焦深度下的高精度SAR成像。
文档编号G01S13/90GK102819020SQ20121029564
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者徐华平, 肖忠源, 李春升 申请人:北京航空航天大学