一種考慮斜視影響的高分辨率星載sar脈沖壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮方法，技術(shù)方案包括以下步驟：第一步，補償相位：對回波信號進行相位補償，得到相位補償后回波信號；第二步，生成頻域匹配濾波器：根據(jù)調(diào)頻率，生成參考信號，變換到頻域得到匹配濾波器；第三步，進行脈沖壓縮：將相位補償后回波信號變換到頻域，得到頻域信號；將頻域信號與匹配濾波器的共軛進行相乘，得到匹配濾波后的頻域信號，變換到時域得到脈沖壓縮后的信號。本發(fā)明可以避免現(xiàn)有脈沖壓縮方法導(dǎo)致的分辨率降低、峰值旁瓣比抬高問題，具有實現(xiàn)簡單、速度快的優(yōu)點。
【專利說明】
一種考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天和微波遙感的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種考慮斜視影響的高分 辨率星載SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達)脈沖壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載SAR是一種工作在微波波段的主動式傳感器，具有能夠全天時、全天候工作的 特點。它通過距離向脈沖壓縮和方位向脈沖壓縮來獲得二維高分辨率地球表面雷達圖像， 是現(xiàn)代地球測繪、成像偵查的重要手段。圖像分辨率是衡量星載SAR系統(tǒng)成像能力的重要指 標(biāo)。SAR圖像分辨率包括距離分辨率和方位分辨率。距離分辨率受限于雷達信號帶寬，信號 的帶寬越大，距離分辨率越高。方位分辨率受限于波束掃描角，波束掃描角越大，方位分辨 率越高?，F(xiàn)代高分辨率星載SAR通過控制波束指向使得輻照區(qū)在地面移動來提高單個散射 點的波束掃描角，從而提高方位向分辨率。這種工作方式導(dǎo)致了絕大部分時間波束指向具 有一定的斜視角，斜視角通常從成像的場景中心向邊緣不斷增加。
[0003] 現(xiàn)有的脈沖壓縮方法（具體方法參見文獻《合成孔徑成像》45-67頁，Ian G.Cumming等著，電子工業(yè)出版社2007年出版)不考慮斜視帶來的影響，常用于中低分辨率 星載SAR或機載SAR信號處理中。在實現(xiàn)脈沖壓縮時，回波信號被視為雷達發(fā)射信號的直接 時延，回波信號的脈寬、調(diào)頻率和發(fā)射信號一致，其脈沖壓縮是用發(fā)射信號做參考，通過和 回波的卷積獲得高分辨率一維距離像。但是在高分辨率星載SAR系統(tǒng)中，波束掃描導(dǎo)致星載 SAR波束指向所具有的斜視角和衛(wèi)星平臺存在的較大運動速度使得衛(wèi)星平臺和地面雷達照 射區(qū)域存在一定的相對運動速度，該相對運動速度隨著斜視角增大而增大。相對運動速度 使得雷達回波模型發(fā)生變化，雷達回波不再是發(fā)射信號的簡單時延，用發(fā)射信號作參考與 回波卷積的脈沖壓縮方式不再適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，提出一種考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮方法，解決 高分辨率星載SAR斜視條件下脈沖壓縮性能下降問題。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案的思路是:一種考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮方法， 根據(jù)高分辨率星載SAR斜視條件下的回波模型，補償由相對運動速度帶來的附加相位，根據(jù) 相對運動速度生成脈沖壓縮參考信號并獲得匹配濾波器，對回波進行傅里葉變換在頻域進 行匹配濾波，最后返回到時域，從而完成考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮，得到 高分辨率一維距離像。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案是：
[0007] 已知高分辨率星載SAR發(fā)射信號的參數(shù)是：中心頻率f c，脈寬為T，帶寬B，調(diào)頻率Kr， 波長λ，電磁波傳播速度C。
[0008] 假設(shè)星載SAR在某次觀測過程中任一脈沖時刻對應(yīng)的參數(shù)是：在地固坐標(biāo)系下衛(wèi) 星速度Vs，波束斜視角Θ，星載SAR觀測目標(biāo)獲得回波信號s(t)，其中t表示采樣時間，上述參 數(shù)均可利用現(xiàn)有方法測量得到。
[0009] 其特征在于，包括以下步驟：
[0010] 第一步，補償相位
[0011] 對回波信號進行相位補償，得到相位補償后回波信號s'⑴，現(xiàn)有的相位補償方法 均可，優(yōu)選采用下面過程：
[0012] 計算補償相位hi(t):
[0014] 再計算相位補償后回波信號s'（t):
[0015] s'（t) =s(t) · hi(t)
[0016] 第二步，生成頻域匹配濾波器
[0017] 計算調(diào)頻率Kr'：
[0021] 變換到頻域得到匹配濾波器H2(f):
[0023]第三步，進行脈沖壓縮
[0024]將相位補償后回波信號s'（t)變換到頻域，得到頻域信號S'（f):
[0026] 將頻域信號S'（f)與匹配濾波器H2(f)的共輒進行相乘，得到匹配濾波后的頻域信 號Sh，(f):
[0027] Sh，(f) = S，(f) · H2*(f)
[0028] 將Sh'（f)變換到時域，得到脈沖壓縮后的信號Sh'（t):
[0030]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在脈沖壓縮過程中引入了斜視下的補償相位，計算 匹配濾波器時考慮了斜視帶來的調(diào)頻率變化，可以避免現(xiàn)有脈沖壓縮方法導(dǎo)致的分辨率降 低、峰值旁瓣比抬高問題，其中時域到頻域和頻域到時域的變換可以用快速傅里葉變換來 實現(xiàn)，該方法具有實現(xiàn)簡單、速度快的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是本發(fā)明考慮斜視影響的星載SAR脈沖壓縮的工作示意圖；
[0032]圖2是仿真中設(shè)定的星載SAR參數(shù)；
[0033]圖3是常規(guī)的脈沖壓縮結(jié)果；
[0034]圖4是本方法的脈沖壓縮結(jié)果。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步的說明。
[0036]圖1是本發(fā)明的處理流程圖。整個流程分為三大步。第一步:相位補償:補償由于波 束斜視帶來的附加相位;第二步:生成匹配濾波器:根據(jù)衛(wèi)星速度和斜視角，生成考慮斜視 的匹配濾波器;第三步:脈沖壓縮處理:將回波經(jīng)傅里葉變換到頻域，在頻域與匹配濾波器 相乘，最后再逆傅里葉變換到時域，完成脈沖壓縮，得到高分辨率一維距離像。
[0037]圖2~圖4是利用本發(fā)明【具體實施方式】進行仿真實驗的處理結(jié)果。
[0038]圖2為仿真中設(shè)定的星載SAR參數(shù)，包括衛(wèi)星高度、中心頻率、波長、脈沖寬度、信號 帶寬、調(diào)頻率、中心下視角、斜視角等參數(shù)。星載SAR工作在X波段，依據(jù)距離分辨率計算公式 得到距離分辨率標(biāo)稱值為0.15米，脈沖壓縮的峰值旁瓣比標(biāo)稱值為-13.26dB。
[0039] 圖3是采用現(xiàn)有方法進行脈沖壓縮的結(jié)果，現(xiàn)有的脈沖壓縮方法不考慮斜視帶來 的徑向速度的影響，認為接收信號是發(fā)射信號的簡單時延，不存在附加相位及調(diào)頻率改變。 圖中，橫坐標(biāo)為相對距離（以脈沖壓縮峰值位置為0點），縱坐標(biāo)為歸一化幅度（最大值為 OdB)，壓縮后脈沖的距離分辨率為0.1505米，比標(biāo)稱值低0.0005米，峰值旁瓣比為-12.74dB，比標(biāo)稱值高0.52dB。說明，現(xiàn)有的脈沖壓縮方法出現(xiàn)了脈沖壓縮分辨率降低、峰值 旁瓣比抬高問題。
[0040] 圖4是采用本發(fā)明方法進行脈沖壓縮的結(jié)果，圖中，橫坐標(biāo)為相對距離（以脈沖壓 縮峰值位置為〇點），縱坐標(biāo)為歸一化幅度（最大值為OdB)，壓縮后脈沖的距離分辨率為 0.1498米，比標(biāo)稱值高0.0002米，峰值旁瓣比為-13.26dB，和標(biāo)稱值一致。說明，本發(fā)明的脈 沖壓縮方法可獲得較好的脈沖壓縮結(jié)果，能夠避免傳統(tǒng)的脈沖方法帶來的分辨率降低、峰 值旁瓣比抬高問題。
[0041] 以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定，任何在本發(fā)明 精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種考慮斜視影響的高分辨率星載SAR脈沖壓縮方法，已知高分辨率星載SAR發(fā)射信 號的參數(shù)和在某次觀測過程中任一脈沖時刻對應(yīng)的參數(shù)，其特征在于，包括W下步驟： 第一步，補償相位： 對回波信號進行相位補償，得到相位補償后回波信號； 第二步，生成頻域匹配濾波器： 計算調(diào)頻率Kr' ：參考信號h2 (t)變換到頻域得到匹配濾波器出(f): 上面設(shè)及的參數(shù)包括： 高分辨率星載SAR發(fā)射信號的參數(shù)是:脈寬為T，調(diào)頻率Kr，電磁波傳播速度C; 星載SAR在某次觀測過程中任一脈沖時刻對應(yīng)的參數(shù)是:在地固坐標(biāo)系下衛(wèi)星速度Vs， 波束斜視角Θ，t表示采樣時間； 第Ξ步，進行脈沖壓縮： 將相位補償后回波信號變換到頻域，得到頻域信號； 將頻域信號與匹配濾波器出(f)的共輛進行相乘，得到匹配濾波后的頻域信號Sh'（f); 將Sh'（f)變換到時域，得到脈沖壓縮后的信號。
【文檔編號】G01S13/90GK106093942SQ201610405011
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月10日
【發(fā)明人】金光虎, 何志華, 何峰, 董臻, 張永勝, 黃海風(fēng), 余安喜, 孫造宇
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)