雙站圓跡sar快速時域成像方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像領域，涉及一種 雙站圓跡SAR(其中一個雷達站固定）的快速時域成像方法。
【背景技術】
[0002] OS-BCSAR(One-stationary Bistatic Circular SAR, 一站固定式雙站圓跡 SAR) 是指具有一個運動雷達平臺（或稱雷達站）和一個固定雷達平臺，且運動雷達沿圓周軌跡 運動的雷達系統(tǒng)。這種雷達系統(tǒng)具有安全性高，抗干擾性強，獲取信息量大，以及高分辨率 成像和良好檢測能力的優(yōu)勢，近年來引起廣泛關注。但是，復雜的幾何構型給0S-BCSAR的 數(shù)據(jù)處理帶來了新的問題與挑戰(zhàn)，如回波數(shù)據(jù)量大，回波方位空變性大，回波距離方位耦合 性強，以及運動雷達的圓周軌跡，這都極大地增加了 0S-BCSAR高精度成像處理的難度。
[0003] 現(xiàn)有的0S-BCSAR成像方法主要有時域BPA(Backprojection Approach，后向投影 方法）。時域BPA無任何近似處理，能夠精確處理0S-BCSAR回波的方位空變性和距離方位 耦合性以及運動雷達的圓周軌跡，從而實現(xiàn)0S-BCSAR的高精度成像處理。
[0004] 但是，時域BPA具有極大的計算量，從而降低了成像效率，因此時域BPA不能成為 快速有效的SAR成像方法。如何解決適用于0S-BCSAR的快速時域成像方法正是一個亟待 解決的技術問題。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于0S-BCSAR成像處理的快速時域成像方法，能 夠在成像處理時減少計算量，提高成像效率。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是：首先，對0S-BCSAR回波信號進行距離壓縮，將運動雷達的 合成孔徑劃分為若干個子孔徑并生成初始子圖像網(wǎng)格；將與子孔徑對應的距離壓縮后的回 波信號后向投影到初始子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成初始子圖像；然后，通過設定循環(huán)次數(shù) 的循環(huán)遞歸過程，將相鄰子孔徑合并并生成對應的子圖像網(wǎng)格，再將上一次循環(huán)生成的子 圖像插值到本次循環(huán)生成的子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成本次循環(huán)的子圖像；將最后一次 循環(huán)生成的子圖像插值到地面成像場景網(wǎng)格，并相干疊加生成0S-BCSAR圖像。
[0007] 特別地，設地面成像場景包含若干個靜止目標，任意靜止目標位置為 4 =^,3^，i = 1，2,…，隊經(jīng)距離壓縮后的回波信號sM(T，巾）為：
[0008]
[0009] 其中，t為快時間，B為雷達信號的帶寬，f。為雷達信號的中心頻率，傘G [0, 2 JT] 為運動雷達的角度變量，0>為目標Pi的散射系數(shù)，c ^為光速，P □為回波信號sM(t，?。?的包絡；〃(么?>)為運動雷達在巾角度時，運動雷達與固定雷達到目標Pi的距離之和。
[0010] 設運動雷達合成孔徑的實孔徑點數(shù)為L，將其因式分解為K級，每次合并的子孔徑 數(shù)為1，則L = 1K。在實際應用中，如果L = 1K不能成立，通常根據(jù)需求先確定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令[ =「l0g/^，可通過將L補零的方式改變L的取值，使得K= l0glL。 [0011] 第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；
[0012] 本步驟可視為第1級處理。第1級處理時，將運動雷達的合成孔徑劃分為L/1個 子孔徑，每個子孔徑包含1個實孔徑點數(shù)。對第1級第n個子孔徑，n = 1，2,…，L/1，采用 極坐標方式表示子圖像網(wǎng)格，這樣做的好處是在生成子圖像時計算量較小，具體步驟是：設 第1級第n個初始子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點為第1級第n個子孔徑中心與固定雷達之間連線 的中點，第1級第n個初始子圖像網(wǎng)格點用表示，其中，極距卩丨為網(wǎng)格原點到任意 地面成像場景網(wǎng)格點（x，y)的距離，極角€為極距K與連線（即第1級第n個子孔徑中心 與固定雷達之間的連線）之間的夾角。
[0013] 然后，將第1級第n個子孔徑對應的距離壓縮后的回波信號后向投影到第1級第 n個初始子圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成第1級第n個初始子圖像。
[0014] 第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；
[0015]本步驟可視為第k級處理，k = 2,…，K-1。第k級處理時，按照子孔徑逐漸遞增的 順序，每1個相鄰的第k_l級子孔徑合并成一個第k級子孔徑。對于第k級第q個子孔徑， q = 1，2,…，L/lk，設第k級第q個子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點為第k級第q個子孔徑中心與固 定雷達之間連線的中點，第k級第q個子圖像網(wǎng)格點用(?)表示，其中，極距K為網(wǎng)格 原點到任意地面成像場景網(wǎng)格點（x，y)的距離，極角％為極距 < 與連線（即第k級第q個 子孔徑中心與固定雷達之間的連線）之間的夾角。
[0016] 然后，將1個第k_l級第p個子圖像依次插值到第k級第q個子圖像網(wǎng)格，p = l+(q-l)l，…，ql，并相干疊加生成第k級第q個子圖像。
[0017] 第三步，全孔徑合并和最終圖像生成；
[0018] 本步驟可視為第K級處理。第K級處理時，首先將1個第K-1級子孔徑合并成一個 第K級全孔徑，然后在地面成像場景生成第K級圖像網(wǎng)格，第K級圖像網(wǎng)格點用（x，y)表示； 最后，將1個第K-1級子圖像依次插值到第K級圖像網(wǎng)格，并相干疊加生成第K級OS-BCSAR 圖像。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 采用子孔徑和子圖像處理技術，并通過極坐標方式表示子圖像網(wǎng)格和插值方法， 在保持時域成像方法高精度的同時，極大地減少了時域成像方法的計算量，從而提高了成 像處理的效率，進而實現(xiàn)了 OS-BCSAR的快速高精度成像處理，獲得高質量的聚焦SAR圖像。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明雙站圓跡SAR快速時域成像方法的流程示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明中的雷達參數(shù)；
[0023] 圖3是時域BPA成像獲得的點目標成像結果；
[0024] 圖4是本發(fā)明獲得的點目標成像結果；
[0025] 圖5是點目標聚焦性能參數(shù)對比。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的解釋。
[0027] 圖1為本發(fā)明雙站圓跡SAR快速時域成像方法的流程示意圖。如圖1所示，將 OS-BCSAR回波信號進行距離壓縮后，再進行三個處理步驟：第一步，子孔徑劃分與初始子 圖像生成；第二步，循環(huán)遞歸子孔徑合并和子圖像生成；第三步，全孔徑合并和最終圖像生 成。
[0028] 下面詳細說明本發(fā)明采用的技術方案：
[0029] 已知OS-BCSAR發(fā)射信號中心頻率為f。，帶寬為B，距離分辨率為P x，方位分辨 率為Py。設笛卡爾坐標系原點為成像場景中心，三維坐標軸分別為X軸、Y軸和Z軸， 因為本發(fā)明只應用于地面成像場景，所以靜止目標的坐標點用二維坐標表示。設地面成 像場景包含若干個靜止目標，任意靜止目標位置為a)，i= 1，2,…，N。 固定雷達的坐標為（xs，0，zs)。運動雷達以速度V繞Z軸做圓周運動，某時刻其坐標 為（Rxycos (巾），Rxysin (巾），zM)，Rxy和Z M分別為運動雷達圓周軌跡的半徑與高度， 傘e [0,2jt]為運動雷達的角度變量。運動雷達的初始位置為（Rxy，〇，zM)。經(jīng)距離壓縮后 的回波信號s M(t，巾）為：
[0030]
[0031] 其中，t為快時間，0>為目標Pi的散射系數(shù)，c ^為光速，p M□為回波信號 stc(t, (}))的包絡；價么*'/;)為運動雷達在（})角度時，運動雷達與固定雷達到目的距 離之和，即：
[0032]
[0033] 設運動雷達合成孔徑的實孔徑點數(shù)為L，將其因式分解為K級，每次合并的子孔徑 數(shù)為1，則L = 1K。在實際應用中，如果L = 1K不能成立，通常根據(jù)需求先確定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令尤=「l〇g，]，可通過將L補零的方式改變L的取值，使得K= l〇glL。
[0034] 第一步，子孔徑劃分與初始子圖像生成；
[0035] 本步驟可視為第1級處理。第1級處理時，將運動雷達的合成孔徑劃分為L/1個 子孔徑，每個子孔徑包含1個實孔徑點數(shù)。對第1級第n個子孔徑，n = 1，2,…，L/1，采用 極坐標方式表示子圖像網(wǎng)格，這樣做的好處是在生成子圖像時計算量較小，具體步驟是：設 第1級第n個初始子圖像網(wǎng)格的網(wǎng)格原點為第1級第n個子孔徑中心與固定雷達之間連線 的中點，第1級第n個初始子圖像網(wǎng)格