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一種在大斜視sar成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，步驟如下：步驟100，對(duì)回波數(shù)據(jù)補(bǔ)償距離走動(dòng)、校正距離彎曲并且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過(guò)的雙時(shí)域信號(hào)；步驟101，利用參考函數(shù)Sdechirp(t)在方位時(shí)域?qū)嚯x壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解線頻調(diào)處理；步驟102，對(duì)方位向數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換將數(shù)據(jù)由方位時(shí)域變換到方位頻域；步驟103，利用最大能量法在每個(gè)距離門選擇一個(gè)特顯點(diǎn)，估計(jì)出該點(diǎn)的方位向位置然后根據(jù)計(jì)算每個(gè)特顯點(diǎn)的補(bǔ)償函數(shù)Scomp(t)；步驟104，加窗，保留每個(gè)距離門中的選取的特顯點(diǎn)的主要模糊寬度內(nèi)的數(shù)據(jù)，舍棄對(duì)多普勒調(diào)頻率估計(jì)沒(méi)有貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)；步驟105，逆傅里葉變換，并在方位時(shí)域補(bǔ)償空變相位；步驟106，利用經(jīng)典的MD算法估計(jì)多普勒調(diào)頻率。
【專利說(shuō)明】—種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說(shuō)是一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(SAR)通過(guò)相干積累回波數(shù)據(jù)而合成一個(gè)大的孔徑來(lái)獲得高分辨率圖像。它具有全天候(大雨天除外)、全天時(shí)、獨(dú)立的距離向分辨率和遠(yuǎn)距離、寬測(cè)繪帶成像的特點(diǎn)，可以顯著提高雷達(dá)的信息獲取能力。合成孔徑雷達(dá)按波束中心指向不同一般可以分為正側(cè)視模式和斜視模式。在大斜視角SAR成像模式下，天線波束中心與正側(cè)視方向成大角度指向成像場(chǎng)景區(qū)，因此，大斜視角模式對(duì)于地面目標(biāo)探測(cè)和識(shí)別具有很高的潛力。但是，由于在斜視模式下天線波束中心偏離正側(cè)視方向，所以相比于正側(cè)視模式，大斜視模式具有更嚴(yán)重的距離走動(dòng)。在正側(cè)視模式中，回波數(shù)據(jù)的距離向和方位向是正交的，但隨著斜視角的增加，距離向和方位向之間的正交性程度也隨之下降。針對(duì)斜視SAR成像，已經(jīng)提出了大量的成像算法，包括有ω-k算法、線頻調(diào)變標(biāo)(CS)算法、擴(kuò)展的CS算法和非線性CS算法等。所有的這些算法都是直接處理原始的斜視數(shù)據(jù)并集中分析了斜視數(shù)據(jù)頻譜的特征。然而，由于大帶寬和大斜視角的方位向需要更高的采樣率，在圖像處理時(shí)一個(gè)二維斜視頻譜需要大的PRF和額外的計(jì)算量。最近，有學(xué)者提出了一種新穎的“斜視最小化”方法，它通過(guò)在方位時(shí)域補(bǔ)償距離走動(dòng)而提高了距離向與方位向之間的正交性。相比于NCS算法，新提出的這個(gè)方法在大斜視角情況下(比如說(shuō)斜視角超過(guò)50° )表現(xiàn)的更好些，并且由于計(jì)算量更少，該算法非常適合于實(shí)時(shí)處理。盡管“斜視最小化”方法提高了方位向和距離向之間的正交性，這種方法卻引起了方位向空變散焦的問(wèn)題，它是由于在方位時(shí)域補(bǔ)償距離走動(dòng)而引起的。在理想條件下，提出的方位向非線性線頻調(diào)變標(biāo)算法(ANCS)可以用來(lái)解決方位向空變相位散焦問(wèn)題。在大斜視情況下，運(yùn)動(dòng)誤差會(huì)嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。在許多情況下，SAR系統(tǒng)不包括可以記錄用于計(jì)算載機(jī)位置的輔助數(shù)據(jù)的GPS和INS系統(tǒng)，因此，在正側(cè)視條帶模式和小斜視條帶模式中，可以通過(guò)將方位向數(shù)據(jù)分成幾個(gè)重疊的子孔徑(severaloverlapped subapertures)以追蹤方位瞬時(shí)多普勒調(diào)頻率偏移來(lái)從原始數(shù)據(jù)中提取視線向的移位和前向速度從而估計(jì)出運(yùn)動(dòng)誤差。經(jīng)典的多普勒調(diào)頻率估計(jì)算法如圖像偏置(MD)和相位差異(the phase difference)算法等均假定在方位向存在一個(gè)一致的(相同的)非空變多普勒調(diào)頻率與理論值的偏移量。但是，由于斜視最小化操作引入的方位向空變相位嚴(yán)重影響了方位向瞬時(shí)調(diào)頻率的估計(jì)精度，因此MD算法不能直接用于大斜視角的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是應(yīng)用MD算法的思想，提出一種經(jīng)過(guò)補(bǔ)償空變相位后再對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行估計(jì)的在SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，以解決在大斜視角SAR成像模式下由于方位向存在空變相位誤差而無(wú)法精確估計(jì)多普勒調(diào)頻率的問(wèn)題，從而使補(bǔ)償空變相位后的特顯點(diǎn)的多普勒調(diào)頻率得到精確的估計(jì)。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)是:一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:包括如下步驟:
[0005]步驟100，對(duì)回波數(shù)據(jù)補(bǔ)償距離走動(dòng)、校正距離彎曲并且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過(guò)的雙時(shí)域信號(hào)；
[0006]步驟101，利用參考函數(shù)Sdectop (t)在方位時(shí)域?qū)嚯x壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解線頻調(diào)處理；
[0007]步驟102，對(duì)方位向數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換將數(shù)據(jù)由方位時(shí)域變換到方位頻域；
[0008]步驟103，利用最大能量法在每個(gè)距離門選擇一個(gè)特顯點(diǎn)，估計(jì)出該點(diǎn)的方位向位
置f，然后根據(jù)Ia計(jì)算每個(gè)特顯點(diǎn)的補(bǔ)償函數(shù)Sramp (t)；
[0009]步驟104，加窗，保留每個(gè)距離門中的選取的特顯點(diǎn)的主要模糊寬度內(nèi)的數(shù)據(jù)，舍棄對(duì)多普勒調(diào)頻率估計(jì)沒(méi)有貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)；
[0010]步驟105，逆傅里葉變換，并在方位時(shí)域補(bǔ)償空變相位；
[0011]步驟106，利用經(jīng)典的MD算法估計(jì)多普勒調(diào)頻率。
[0012]所述的步驟100包括過(guò)程得到距離向壓縮過(guò)的雙時(shí)域信號(hào):
[0013]斜視SAR的回波方程式為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:包括如下步驟: 步驟100，對(duì)回波數(shù)據(jù)補(bǔ)償距離走動(dòng)、校正距離彎曲并且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過(guò)的雙時(shí)域信號(hào)； 步驟101，利用參考函數(shù)Sdectop(t)在方位時(shí)域?qū)嚯x壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解線頻調(diào)處理； 步驟102，對(duì)方位向數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換將數(shù)據(jù)由方位時(shí)域變換到方位頻域； 步驟103，利用最大能量法在每個(gè)距離門選擇一個(gè)特顯點(diǎn)，估計(jì)出該點(diǎn)的方位向位置I,，然后根據(jù)}汁算每個(gè)特顯點(diǎn)的補(bǔ)償函數(shù)Sramp (t)； 步驟104，加窗，保留每個(gè)距離門中的選取的特顯點(diǎn)的主要模糊寬度內(nèi)的數(shù)據(jù)，舍棄對(duì)多普勒調(diào)頻率估計(jì)沒(méi)有貢獻(xiàn)的數(shù)據(jù)； 步驟105，逆傅里葉變換，并在方位時(shí)域補(bǔ)償空變相位； 步驟106，利用經(jīng)典的MD算法估計(jì)多普勒調(diào)頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟100包括過(guò)程得到距離向壓縮過(guò)的雙時(shí)域信號(hào): 斜視SAR的回波方程式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟101利用參考函數(shù)Sdectop(t)在方位時(shí)域?qū)嚯x壓縮過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行解線頻調(diào)處理包括: 散射點(diǎn)的距離可以用以下式子估計(jì):
R=Rn+Xnsin Θ 根據(jù)上面的式子，距離估計(jì)由兩部分組成，也就是散射點(diǎn)的實(shí)際斜距Rn和誤差項(xiàng)XnSin Θ，這兩項(xiàng)說(shuō)明了在斜視模式中只有Xn為零時(shí)距離估計(jì)才是準(zhǔn)確的，在小斜視SAR中，XnSin Θ的值對(duì)于方位散焦是足夠小的，在大斜視SAR中，隨著斜視角的增大，XnSin Θ的值也隨之增大，造成了方位向的散焦； 在MD算法中，方位向數(shù)據(jù)可以用下面式子做解線頻調(diào)處理:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟102對(duì)方位向數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換將數(shù)據(jù)由方位時(shí)域變換到方位頻域包括如下過(guò)程； 對(duì)式(5)進(jìn)行FFT變換為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟103利用最大能量法在每個(gè)距離門選擇一個(gè)特顯點(diǎn)，估計(jì)出該點(diǎn)的方位向位置然后根據(jù)i汁算每個(gè)特顯點(diǎn)的補(bǔ)償函數(shù)Sramp (t)包括: 利用最大能量法選出一個(gè)特顯點(diǎn)為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟105，進(jìn)行逆傅里葉變換，并在方位時(shí)域補(bǔ)償空變相位包括:將方位頻域數(shù)據(jù)經(jīng)FFT變換到方位時(shí)間域利用步驟四計(jì)算出的補(bǔ)償函數(shù)S_p(t)來(lái)補(bǔ)償每個(gè)特顯點(diǎn)的空變相位誤差，使得在選擇的特顯點(diǎn)中形成一致的多普勒調(diào)頻率偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對(duì)多普勒調(diào)頻率進(jìn)行精確估計(jì)的方法，其特征是:所述的步驟106，利用經(jīng)典的MD算法估計(jì)多普勒調(diào)頻率包括:將方位向數(shù)據(jù)分成兩個(gè)子孔徑，對(duì)每個(gè)子孔徑做FFT，計(jì)算兩圖像間的相對(duì)移位；基于得到的偏移可以計(jì)算出多普勒調(diào)頻率偏移，然后再重新從步驟101開(kāi)始進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103675815SQ201310463052
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】唐禹, 邢孟道, 徐宗志, 徐興旺 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)