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专利名称：机载聚束式sar的高效成像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达信号处理技术，具体涉及一种适用于小场景成像的高分辨率雷达的回波数据处理方法。
背景技术：
目前在雷达成像领域，合成孔径雷达成为研究热点，按照常用的成像模式，合成孔径雷达可分为条带式、聚束式和扫描式。相比于其它成像模式，聚束式SAR的分辨率比较高，一般适用于小场景成像，特别是对某个目标进行成像。随着科学技术的发展，在现代电子战争中，需要对目标进行跟踪并精确成像，因此研究聚束式SAR成像算法对于国防发展具有重要的意义。至今聚束式SAR的成像算法已有很多，可完成对目标的精确成像，但是算法过于复杂，数据处理的时间过长，在实际的电子战中，实时性在很大程度上决定着战斗的胜负， 对于小场景成像区域，本文考虑到基于实际系统中实时成像的要求，采用了一种步骤简单、 运算量小的成像算法，这种方法可实现对目标的实时成像，是聚束式SAR的高效处理方法。

发明内容
本发明的目的是为了适应现代电子战争中实时性的需要，提供了一种步骤简单、 计算量小、容易实现的聚束式SAR的成像处理方法。本发明的目的是这样实现的整个雷达对目标成像的工作过程为首先雷达发射电磁波信号，信号在传播过程中经目标反射后被雷达接收机接收，接着采用相应的成像算法来完成对目标的成像。对于聚束式的成像模式，有多种成像算法，分别是距离多普勒算法、极坐标格式算法，波数域算法、距离徙动算法、频率变标算法，这些算法基本满足各领域的应用需求，但在电子战争中， 实时性是决定战争胜利的关键因素，这些算法过于复杂，数据处理的时间过长，不能够满足实时性的要求。本发明提出的算法只需两次复数乘法运算和两次傅立叶变换即可完成对目标的成像，是一种简单、快速、高效的成像方法。数据处理过程为首先对信号进行解线性调频处理，使回波信号在距离向和方位向上都变为单频信号分量的和，频率值大小与目标点的位置有关，然后确定信号的频率值即可确定点目标的位置。接着对信号进行距离向上的傅立叶变换，此时距离频率值可被确定，即能够确定点目标在距离向上的位置。由于采用解线性调频处理后引入了残余视频相位项，它会使不同频率分量产生不同距离时间的延迟，等效于在距离频域内引入了一个相位，因此需要去除掉。最后对信号进行方位向上的傅立叶变换即可完成对目标的成像过程。本发明的核心技术为解线性调频过程中距离参数的选取，传统众多的成像算法在做去调频处理时选取的参考距离都是成像场景中心与载机飞行航线的垂直距离，本发明选取的距离参数是雷达与成像区域中心的瞬时斜距。具体实现解线性频调过程为解线性调频技术是在雷达接收机进行A/D采样之前完成的，它将回波信号与一个具有相同调频斜率的线性调频参考信号相混频，把频率随时间做线性变化的信号变成单一频率信号。距离向上的回波信号，在快时间域里其为单频信号分量的和，信号的频率大小与目标的距离位置对应，即频域上的每个频率范围与距离向上一定位置的目标点相对应，只需对信号进行傅立叶变换即可确定点目标在距离向的位置。经过去调频处理后，点目标方位向的回波信号也为单频信号，且信号频率与目标点的方位位置有关，因此只需一次傅立叶变换即可确定方位向的位置。本发明的优势在于在满足成像要求时，将众多复杂的成像算法简化，去掉冗余的操作，将成像步骤简化，成为运算量较小、消耗时间较短的成像算法，可满足实时性的要求。


图I是本发明聚束式SAR成像算法的流程图；图2是本发明对信号进行方位向处理时，所用的参考距离关系示意图，其中点0是成像区域的参考中心，A为点目标的成像点，X为点目标在方位向上的坐标，Rtl是成像中心与载机航线的垂直距离，Ra为参考中心与雷达的距离，R(ta)为点目标与雷达的距离，V为载机的运动速度；图3为在仿真环境下，设置的点目标的位置关系；图4是点目标在距离方向上的一维距离像；图5是点目标在方位向上的一维方位像；图6是点目标的二维成像结果图。
具体实施例方式参照图I，本发明实现聚束式SAR的成像过程如下步骤I:对雷达接收的原始回波作解线性调频处理，参考信号是一个与回波信号具有相同调频斜率的线性调频信号，且参考距离选取为成像参考中心与载机航线之间的瞬时斜距，解线性调频处理后距离方向上的信号变为单频信号分量的和，其频率值大小与目标散射点的距离是一一对应的，因此由频率值的大小即可确定各散射点在距离方向上的位置。同时，解线性调频处理也去除了信号在方位向上的调频特性，使信号在方位向上也变成单频信号分量的和，其频率值的大小与点目标在方位向上的位置有关。其具体过程如下雷达在运动过程中采用“一步一停”的模式，即信号在传播过程中将雷达看成是静止的，用快时间和慢时间来分别描述电磁波的传播时间和载机在运动过程中发射脉冲的时刻。为了保证作用距离和高分辨率成像，雷达选用线性调频信号作为采集目标场景数据的发射波形，其表达式为
权利要求
1.一种机载聚束式SAR的高效成像处理方法，其特征是回波信号首先要经过解线性调频处理，这样能够有效地减小信号的带宽，降低后端A/D 信号的采样率，同时还是回波信号进行脉冲压缩处理的一个重要步骤；经解线性频调技术处理后的信号只需在距离向经过傅立叶变换技术即可完成脉冲压缩过程，即能够确定目标在距离方向上的位置；对信号进行方位向位置的确定，需要对处理后的信号采用傅立叶变换技术即可确定目标在方位向的位置；
2.根据权利要求I中的聚束式SAR的高效成像处理方法，其中步骤(I)所述的解线性频调过程，按如下方式实现解线性频调方法是用一个时间固定，频率、调频斜率与发射信号相同的线性调频信号作为参考信号，与接收的回波信号做混频处理，处理后不同距离处的目标回波对应于不同频率的单频信号，若把回波信号的各频率分量测出来即可完成不同距离处目标的确定；
3.根据权利要求2中的解线性调频方法，其参考函数中各参数的选取情况如下 作为线性调频信号，其频率、调频斜率与发射信号相同，其中还有一个重要参数是参考距离，如何选取参考距离是本发明的重点，一般的成像算法选取的是成像参考中心与雷达的垂直距离，本发明选取的参考距离是雷达与成像参考中心的瞬时距离，这样处理可将距离徙动曲线近似成直线，无需进行距离徙动补偿，在经过与参考信号混频处理后，信号在距离向和方位向上均变为单频信号分量的和。
全文摘要
本发明提供了一种适用于机载聚束式SAR的高效成像方法，主要克服了原有成像方法处理数据时间过长，在实际电子战争中，不能够满足实时性的要求。其具体的成像过程为首先采用解线性频调技术来对信号进行去调频处理，接着采用傅立叶变换技术对目标信号进行距离向和方位向位置的确定。在解线性调频处理时，众多成像算法将参考距离选取为成像区域中心与载机航线的垂直距离，本发明方法选取的是成像区域中心与雷达的瞬时斜距，这样处理将距离徙动曲线近似成直线，无需作距离徙动补偿，大大减小了计算量，可实现对目标的实时成像。本发明提出的成像处理方法只需两次复数乘法运算和两次傅立叶变换，是一种简单、快速、高效的成像方法。
文档编号G01S13/90GK102590797SQ20121003545
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者井丽红, 张朝路 申请人:井丽红, 张朝路