一種sar回波快速時(shí)域生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，通過將面目標(biāo)包含的所有點(diǎn)目標(biāo)逐級(jí)進(jìn)行合并，每一級(jí)將合并的每組點(diǎn)目標(biāo)用一個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)代替，利用時(shí)域疊加法產(chǎn)生第一級(jí)回波，隨著點(diǎn)目標(biāo)逐級(jí)合并，每一級(jí)產(chǎn)生的子回波逐漸變細(xì)密，最終當(dāng)回波數(shù)據(jù)方位向采樣點(diǎn)數(shù)目達(dá)到與方位采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)相同時(shí)，結(jié)束合并，將最后一級(jí)子回波疊加獲得完整回波。與現(xiàn)有時(shí)域疊加法相比，本發(fā)明方法不用遍歷逐個(gè)方位采樣點(diǎn)和逐個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，減少了回波生成的計(jì)算冗余，大大減少了運(yùn)算量，并且適用于任何模式的SAR體制，尤其適用于大場(chǎng)景面目標(biāo)的回波生成，同時(shí)易于引入平臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差。
【專利說明】
-種SAR回波快速時(shí)域生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及SAR成像技術(shù)中的回波時(shí)域生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SAR是一種全天時(shí)、全天候的現(xiàn)代高分辨率微波遙感成像雷達(dá)，它利用雷達(dá)天線和 目標(biāo)區(qū)域間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來獲得距離向的高分辨率，利用脈沖壓縮獲得距離向高分辨率。在 軍事偵察、地形測(cè)繪、植被分析、海洋及水文觀測(cè)、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)視等領(lǐng)域，合成孔徑雷達(dá)發(fā) 揮了越來越重要的作用。
[0003] SAR回波生成技術(shù)是指通過建立模型，用計(jì)算機(jī)仿真的方式來再現(xiàn)合成孔徑雷達(dá) 的工作過程，獲得模擬的回波數(shù)據(jù)。因?yàn)镾AR數(shù)據(jù)處理及成像處理設(shè)備龐大、成本昂貴，成像 和誤差校正處理具有很大的難度和復(fù)雜度，所W通過仿真方法獲得所需要的原始回波信號(hào) 是一個(gè)重要的解決手段，SAR回波仿真對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)、成像算法性能評(píng)價(jià)、散射效應(yīng)研 究等SAR領(lǐng)域重要工作中具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0004] 對(duì)于SAR回波生成算法國內(nèi)外開展了大量的研究，SAR回波生成算法具體可W分為 時(shí)域疊加法和二維頻域算法。時(shí)域疊加法更能真實(shí)反應(yīng)回波生成，物理概念清晰，可移植性 較強(qiáng)，易于引入運(yùn)動(dòng)誤差模型，缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜性高，對(duì)于面目標(biāo)仿真要耗費(fèi)大量的時(shí)間， 因此常用于點(diǎn)目標(biāo)的仿真。在文獻(xiàn)："Digital computer simulation of synthetic aperture systems and imagesCamporeale,Galati G.European Transactions on Telecommunications , 1991,2(3) : 343-352 .和文南犬('A time-domain raw signal simulator for interferometric SAR''Mori A and Vita F D.IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2004,42(9) :1811-1817.中研究了時(shí)域疊加法，它通過 模擬出不同方位向時(shí)刻獲得各個(gè)目標(biāo)的原始回波數(shù)據(jù)，最終得到二維SAR原始回波數(shù)據(jù)，然 而計(jì)算量大的劣勢(shì)仍然無法避免。
[0005] 在文南犬"An efficient ocean SAR raw signal simulation by employing fast Fourier transform''Zhao Y W,Zhang M,Chen H.Journal of Electromagnetic Waves and Applications,2010,24(16) :2273-2284.和文獻(xiàn)"SARAS:A synthetic aperture radar(SAR)raw signal simulator''Franceschetti G,Migliaccio M,Riccio D ,et al..Geoscience and Remote Sensing,IEEE Transactions on,1992,30(I):110-123.中， 運(yùn)用了二維頻域算法，大大縮短了運(yùn)算時(shí)間，并且減小了計(jì)算誤差。然而頻域回波生成方法 都基于方位空不變假設(shè)，只能應(yīng)用于勻速直線運(yùn)動(dòng)的單基SAR模式及移不變雙基SAR模式， 對(duì)于彎曲軌跡單基SAR和移變雙基SAR，二位頻域分析法模擬的回波是不精確的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明提出一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，本發(fā)明的方法與時(shí)域 疊加法相比，不用遍歷逐個(gè)方位采樣點(diǎn)和逐個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，減少了回波生成的計(jì)算冗余，大大減 少了運(yùn)算量。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，包括：
[000引S1、成像系統(tǒng)參數(shù)初始化，包括:SAR平臺(tái)初始時(shí)刻位置坐標(biāo)記為(XR，yR，hR)，其中， XR、yR和hR分別為平臺(tái)的X軸、y軸和Z軸坐標(biāo);SAR平臺(tái)速度記為V;飛行方向沿y軸正方向；方 位慢時(shí)間為n;設(shè)方位向采樣點(diǎn)為N個(gè);面目標(biāo)包括M X M個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，且運(yùn)M X M個(gè)目標(biāo)點(diǎn)分布在 原點(diǎn)（0,0,0)周圍；點(diǎn)目標(biāo)編號(hào)記為koxy=化日x，k0y)，其中，kox表示從X軸負(fù)半軸至正半軸編 號(hào)，且e -年-心-1，......等-1，第M/化1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在y軸上;koy表示從y軸負(fù)半軸至正 jL, 半軸編號(hào)，且A',,，. G-^，-^+1，…1，第M/化1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在X軸上，設(shè)X軸每?jī)蓚€(gè)相鄰 點(diǎn)目標(biāo)之間距離為a米，y軸每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)之間距離為b米。
[0009] S2、子回波方位采樣點(diǎn)下采樣，具體為:首先確定初始點(diǎn)目標(biāo)合并為虛擬點(diǎn)目標(biāo)的 合并因子1，然后計(jì)算在X軸上兩點(diǎn)目標(biāo)間相干關(guān)系不變的距離d，在y軸上兩點(diǎn)目標(biāo)間相干 關(guān)系不變的距離dy，求出第一級(jí)回波下采樣點(diǎn)數(shù)化；
[0010] S3、確定迭代級(jí)數(shù)J，具體為:初始合并因子為1，第二級(jí)開始逐級(jí)合并因子為n，當(dāng) 回波數(shù)據(jù)力仿采掙占為N時(shí)，結(jié)束循環(huán)；
[0011]
[0012] S4、計(jì)算第一級(jí)回波，具體為:在方位向N個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取化個(gè)點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)域疊 加法計(jì)算第一級(jí)回波；
[0013] S5、點(diǎn)目標(biāo)合并，具體為:將n Xn個(gè)相鄰的第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)合并為第二級(jí)子虛擬 點(diǎn)目標(biāo)，選取其幾何位置中屯、作為第二級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)的位置，共分為組，即產(chǎn)生新 i ? n i ? n 的個(gè)第二級(jí)的虛擬點(diǎn)目標(biāo)，根據(jù)上一級(jí)子回波計(jì)算新的虛擬點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的子回 / ?/? / ?/? 波；
[0014] S6、重復(fù)步驟S5,直至第J級(jí)獲得回波sj(T，ri，kjxy);
[001引其中，kjxy表示第J級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)序號(hào)；
[0016] S7、疊加第J級(jí)回波，獲得最終回波。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)步驟Sl初始化的參數(shù)，得到則編號(hào)為ko的點(diǎn)目標(biāo)的坐標(biāo)為(kox ? a, koy ? b，0)，點(diǎn)目標(biāo)化Ox ? a，k〇y ? b，0)到平臺(tái)位置的距離歷史為：
[001 引
[0019] 且參考距離為；
[0020]
[0021] 進(jìn)一步地，步驟S2具體包括W下分步驟：
[0022] S21、確定初始點(diǎn)目標(biāo)合并為虛擬點(diǎn)目標(biāo)的合并因子1;
[0023] S22、記兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分別為點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B，計(jì)算點(diǎn)目標(biāo)A到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)Ol 和02的距離差為DA = dcos(0);并計(jì)算點(diǎn)目標(biāo)B到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)Ol和02的距離差為
[0025]
[0024] S23、點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B間的相干關(guān)系表示為化；
[0026]
[0027] S24、當(dāng) J點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B間相干關(guān)系沒有改變，
[002引則得到
[0029] S25、設(shè)信號(hào)的有效帶寬范圍是(fi，fh)，c為光速，則A取值應(yīng)為最短波長
' 即
[0030]
[0031] 為了保證針對(duì)地面任意兩個(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)，d的選取都要滿足上式，sin(0)本申請(qǐng)選 取最大值，根據(jù)幾何構(gòu)型，可W獲得對(duì)應(yīng)最大sin(0)的0。例如在單基正側(cè)視雷達(dá)模型中，最 大的sin(0)對(duì)應(yīng)的0為[0032] 計(jì)算
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 針對(duì)第一級(jí)點(diǎn)目標(biāo)合并，q=^l，求得X軸相鄰兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在計(jì)算第一級(jí)回波時(shí)應(yīng) 選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化，首先計(jì)算X軸相鄰兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的初級(jí)回波選取的方位采樣 點(diǎn)數(shù)目化X，
[0037]
[0038] PRI為脈沖重復(fù)周期，將化X向上取整取為2的整數(shù)次幕；
[0039] 計(jì)算y軸相鄰兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的初級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化y，
[0040]
[0041]
[0042] 其中，cos(a)根據(jù)幾何構(gòu)型選取最大值，將化y向上取整取為2的整數(shù)次幕；
[0043] 選取化X和化y中的較大值作為第一級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化，即
[0044] 化=max(化 X,化 y)。
[0045] 進(jìn)一步地，所述步驟S4具體包括W下分步驟：
[0046] S4K城SAR貨射?的責(zé)線化固麻獻(xiàn)油倍寫.斷巧俱的並占値固民的同淋力n下.
[0047]
[004引其中，為第化Ox，k0y)個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的反射系數(shù)，Wr( ?)是距離向包絡(luò)，fo為信號(hào) 載頻，Kr為脈沖調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻斜率，Tp為接收天線時(shí)間包絡(luò)；
[0049] S42、將1X1個(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)分為一組進(jìn)行合并，選取幾何位置中屯、看作第一級(jí)虛擬 點(diǎn)目標(biāo)的位置，共分為y呼組，即產(chǎn)生早 x個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)，分別編號(hào)為
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0053] S43、每組點(diǎn)目標(biāo)針對(duì)化個(gè)雷達(dá)方位采樣點(diǎn)生成一組子回波，回波矩陣大小為化X Nr, Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)目；
[0054] 所W每個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)獲得的子回波可W表示為
[0化5]
[0056] 進(jìn)一步地，所述步驟S5具體包括W下分步驟：
[0057] S51、將nXn個(gè)相鄰的第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)合并為第二級(jí)子虛擬點(diǎn)目標(biāo)，選取其幾何 位置中屯、看作第二級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)的位置，共分為組，即產(chǎn)生新的個(gè)第二 /?巧 /?/? ! ? n ! ? n 級(jí)的虛擬點(diǎn)目標(biāo)，標(biāo)記為
[0化引 k2xy=&2x，k2y)
[0化9]
[0060]
[0061 ] S52、根據(jù)步驟S25中的計(jì)算式
'可知0與虛擬點(diǎn)目標(biāo)之間的距 離成正比，第二級(jí)中口變?yōu)樯弦患?jí)的n倍，d縮短為上一級(jí)的1，所W 灼
[0062] 化=n ?化
[0063] S53、在方位向N個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取化個(gè)點(diǎn)作為第二級(jí)回波的方位采樣點(diǎn)，計(jì)算 虛擬點(diǎn)目標(biāo)到第二級(jí)子回波的方位采樣點(diǎn)的距離歷史R2(n，k2xy)，第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)到第 一級(jí)子回波的方位義樣點(diǎn)Rl(n，klxy);
[0064] S54、回波信號(hào)可W拆分為S部分相乘，表達(dá)式如下：
[00化]s = (5kXEiXE2
[0066] 其中，Ok表示第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的散射系勤

[0067] S55、同一點(diǎn)目標(biāo)對(duì)不同方位采樣點(diǎn)生成的回波信號(hào)，W其中一個(gè)方位采樣點(diǎn)生成 的回波為基準(zhǔn)，其他的回波可W通過基準(zhǔn)回波對(duì)Ei和E2部分分別進(jìn)行補(bǔ)償處理再對(duì)回波信 號(hào)移位巧得：
[006引
[0069] 其中，SapTime為快時(shí)間采樣時(shí)間間隔，Shif t(s，k)表示對(duì)S序列向右移位k個(gè)單 位，如,表示E2針對(duì)第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=化Ix，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償，表示El針對(duì) 第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=化lx，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償。
[0070] 更進(jìn)一步地，步驟S55中所述
，
mod( ?)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)公式求余數(shù)。
[0072]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，將面目標(biāo)點(diǎn)目標(biāo)逐 級(jí)進(jìn)行合并，每一級(jí)將合并的每組點(diǎn)目標(biāo)用一個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)代替，利用時(shí)域疊加法產(chǎn)生第 一級(jí)回波，隨著點(diǎn)目標(biāo)逐級(jí)合并，每一級(jí)產(chǎn)生的子回波逐漸變細(xì)密，最終當(dāng)回波數(shù)據(jù)方位向 采樣點(diǎn)數(shù)目達(dá)到與方位采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)相同時(shí)，結(jié)束合并，將最后一級(jí)子回波疊加獲得完整回 波。與現(xiàn)有時(shí)域疊加法相比，與時(shí)域疊加法相比，本發(fā)明方法不用遍歷逐個(gè)方位采樣點(diǎn)和逐 個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，減少了回波生成的計(jì)算冗余，大大減少了運(yùn)算量，并且適用于任何模式的SAR體 審IJ，尤其適用于大場(chǎng)景面目標(biāo)的回波生成，同時(shí)易于引入平臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差。
【附圖說明】
[0073] 圖1是本發(fā)明的回波生成快速時(shí)域方法流程示意圖。
[0074] 圖2是本發(fā)明具體仿真采用的幾何結(jié)構(gòu)圖。
[0075] 圖3是本發(fā)明具體仿真采用的目標(biāo)場(chǎng)景布置圖。
[0076] 圖4是本發(fā)明提供的X軸上兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)距離誤差計(jì)算示意圖。
[0077] 圖5是本發(fā)明提供的y軸上兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)距離誤差計(jì)算示意圖。
[0078] 圖6是點(diǎn)目標(biāo)合并示意圖。
[0079] 圖7是本發(fā)明仿真獲得的面目標(biāo)成像圖。
[0080] 圖8是本發(fā)明算法與距離時(shí)域算法運(yùn)算效率對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0081] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)一 步闡釋。
[0082] 本發(fā)明主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，仿真驗(yàn)證平臺(tái)為Matlab2014。下面結(jié) 合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0083] 如圖1所示，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，具體過程如 下：
[0084] SI:成像系統(tǒng)參數(shù)初始化，包括:SAR平臺(tái)初始時(shí)刻位置坐標(biāo)記為(XR，yR，hR)，其中， XR、yR和hR分別為平臺(tái)的X軸、y軸和Z軸坐標(biāo);SAR平臺(tái)速度記為V;飛行方向沿y軸正方向；方 位慢時(shí)間為n;設(shè)方位向采樣點(diǎn)為N個(gè);面目標(biāo)包括M X M個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，且運(yùn)M X M個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分布在 原點(diǎn)（0,0,0)周圍；點(diǎn)目標(biāo)編號(hào)記為koxy=化日x，k〇y)，其中，kox表示從X軸負(fù)半軸至正半軸編 號(hào)，且尊，-尊+ 1，......，等-1，第竿+ 1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在y軸上;koy表示從y軸負(fù)半軸至 正半軸編號(hào)，且馬,'芋-誓+ 1，.'....，y-l，第Y + 1:個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在X軸上，設(shè)X軸每?jī)蓚€(gè) 相鄰點(diǎn)目標(biāo)之間距離為a米，y軸每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)之間距離為b米;本實(shí)施案例采用的聚束 SAR模式，幾何結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，采用的目標(biāo)場(chǎng)景如圖3所示，飛機(jī)平 臺(tái)初始位置坐標(biāo)(XR，yR，hR) = (1000,0,1000)，平臺(tái)速度為V = 30m/s，飛行方向沿y軸正方 向。
[00化]表1系統(tǒng)參數(shù)
[0087] 面目標(biāo)分布大小256 X 256像素，編號(hào)kox =-128,-127,……127k〇y = -128，- 127,……127，X軸相鄰點(diǎn)目標(biāo)間隔為1.5米，X軸相鄰點(diǎn)目標(biāo)間隔為3.5米。
[0088] 計(jì)算雷達(dá)參考距離為；
[0089] S2:第一級(jí)回波方位采樣點(diǎn)下采樣
[0090] S21、首先本實(shí)施例中確定第一級(jí)點(diǎn)目標(biāo)合并為虛擬點(diǎn)目標(biāo)的合并因子為1 = 2。然 后計(jì)算兩點(diǎn)目標(biāo)間相干關(guān)系不變的距離。具體包括W下分步驟：
[0091] S22、如圖4所示為X軸上兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)距離誤差計(jì)算示意圖，記兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分別為點(diǎn) 目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B，計(jì)算點(diǎn)目標(biāo)A到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)Ol和02的距離差為DA = dcos(0);并計(jì)算 點(diǎn)目標(biāo)B到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)Ol和02的距離差為及。刮;d表示在X軸上兩點(diǎn)目標(biāo)間 相干關(guān)系不變的距離；
[0092] 糾3、占日標(biāo)A巧占日標(biāo)R巧的相平羊累親元味JDr.
[0093]
[0094]
[0095] S24、當(dāng)化心I時(shí)，認(rèn)為點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B間相干關(guān)系沒有改變，
[0096] 貝峭到S
[0097] S25、設(shè)信號(hào)的有效帶寬范圍是(fl，fh)，c為光速，則A取值應(yīng)為最短波^^
， 即
[009引
[0099] 為了保證針對(duì)地面任意兩個(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)，d的選取都要滿足上式，sin(0)我們選取 最大值，根據(jù)幾何構(gòu)型，可W獲得對(duì)應(yīng)最大sin(0)的0。本實(shí)例為單基正側(cè)視雷達(dá)模型中，最 大的sin(0)對(duì)應(yīng)的0為y，sin(0) = 1。
[0100] 計(jì)算
[0101]
[0102]得
[0103]
[0104] 針對(duì)第一級(jí)點(diǎn)目標(biāo)合并，q=^l，求得X軸相鄰兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在計(jì)算第一級(jí)回波時(shí)應(yīng) 選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化X，
[0105]
[0106] PRI為脈沖重復(fù)周期，為了方便計(jì)算本申請(qǐng)將Nix向上取整取為2的整數(shù)次幕。
[0107] 如圖5所示為y軸上兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)距離誤差計(jì)算示意圖，根據(jù)飛機(jī)構(gòu)型計(jì)算y軸相鄰 兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的初級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化y，
[010 引
[0109] 其中cos(a)根據(jù)幾何構(gòu)型選取最大值
，dy表示在y軸上兩 點(diǎn)目標(biāo)間相干關(guān)系不變的距離，為了方便計(jì)算本申請(qǐng)將Nly向上取整取為2的整數(shù)次幕。
[0110] 選取化X和化y中的較大值作為第一級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目化，即
[0111] 化=max(化 X,化 y)
[0112] S3:確定迭代的級(jí)數(shù)J
[0113] 選取合并因子n = 2，計(jì)算迭代的級(jí)數(shù)
[0114]
[0115] S4:計(jì)算第一級(jí)回波
[0116] 根據(jù)化確定計(jì)算第一級(jí)回波的方位采樣位置，在方位向N個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取化個(gè) M M 點(diǎn)，應(yīng)用多散射中屯、回波信號(hào)疊加法計(jì)算出個(gè)子回波。
[0117]
[011 引
[0119] 、' .乂. /
[0120] 將第一級(jí)2 X 2個(gè)相鄰實(shí)際點(diǎn)目標(biāo)的位置的幾何中屯、看作第一級(jí)子虛擬點(diǎn)目標(biāo)的 位置，位置分別標(biāo)記為
[0121] klxy=化 Ix'kly)
[0122] kix = -64,-63,……63
[0123] kiy = -64,-63,……63
[0124] 所W第一級(jí)回波可W表示為：
[0125]
[0126] S5:點(diǎn)目標(biāo)合并，如圖6所示為點(diǎn)目標(biāo)合并示意圖：
[0127] 假設(shè)合并因子n = 2，將2 X 2個(gè)第一級(jí)的子虛擬點(diǎn)目標(biāo)合并為第二級(jí)子目標(biāo)點(diǎn)目標(biāo) 的位置，標(biāo)記為
[01 2 引 k2xy=(；k2x，l?y)
[0129] k2x = -32,-31,……31
[0130] k 巧二-32,-31，……31
[0131] 根據(jù)步驟S2中計(jì)算
'可知與虛擬目標(biāo)點(diǎn)之間的距離成正比， 第二級(jí)中0變?yōu)樯弦患?jí)的n = 2倍，d縮短為上一級(jí)的!，所W計(jì)算第二級(jí)回波方位向采樣點(diǎn) 數(shù)目化=2化，在方位向N個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取化個(gè)點(diǎn)，計(jì)算虛擬目標(biāo)點(diǎn)到第二級(jí)子回波的方 位采樣點(diǎn)的距離歷史R2(n，k2xy)，第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)到第一級(jí)子回波的方位采樣點(diǎn)RiU, klxy) O
[0132] 管笠^純同池倍縣
[0133]
[0134] 其中，SapTime為快時(shí)間采樣時(shí)間間隔，Shif t (S，k)表示對(duì)S序列向右移位k個(gè)單 位，表示E2針對(duì)第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=化lx，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償，,,表示El針對(duì) 第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=化lx，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償。
[0135
[0136
[0137
[0138
[0139
[0140
[0141] 其中，mod( ?)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)公式求余數(shù)。
[0142] S6:迭代計(jì)算第j級(jí)回波，直至第j=J級(jí)，其中，j = l，2,…J;
[0143] 重復(fù)步驟S5，直至第J級(jí)獲得回波SJ ( T，n，kjxy )
[0144]
[0145]
[0146] kjx= I
[0147] kjy=l
[0148] S7:疊加第J級(jí)回波，獲得最終回波
[0149] 實(shí)例中第J級(jí)回波已經(jīng)將面目標(biāo)中所有點(diǎn)目標(biāo)合并為一個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)，最后一級(jí) 的子回波是只有一個(gè)，不需要疊加。
[0150]
'由kjx = 1, kjy = 1,則s = sj( T, n, kjxy)
[0151] 本發(fā)明計(jì)算量
[0152]
[0153] 傳統(tǒng)的多散射中屯、回波信號(hào)疊加巧計(jì)算量為
[0154] Ot = NXNrXMXM [01對(duì)時(shí)間比為
[0156]
[0157] 図/巧卒頭MOT T Tlt化I卒化明方法得到的回波應(yīng)用BP方法進(jìn)行成像的結(jié)果。從 圖中可W看出，本發(fā)明提供的快速回波生成方法生成的回波誤差小，可W完成很好的成像。
[0158] 如圖8所示，本發(fā)明的方法與時(shí)域疊加法相比，不用遍歷逐個(gè)方位采樣點(diǎn)和逐個(gè)點(diǎn) 目標(biāo)，減少了回波生成的計(jì)算冗余，大大減少了運(yùn)算量。尤其適用于大場(chǎng)景面目標(biāo)的回波生 成，并且易于引入運(yùn)動(dòng)誤差模型?？蒞看出本發(fā)明運(yùn)算速度不僅速度快，而且精度高。
[0159] 從本發(fā)明的具體實(shí)施例可W看出，本發(fā)明的方法不僅適用于單基聚束SAR，也適用 于雙基SAR和條帶SAR，克服了傳統(tǒng)回波生成距離時(shí)域算法運(yùn)算量大的困難。
[0160] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，運(yùn)里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于運(yùn)樣的特別陳述和實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的 任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，包括： 51、 成像系統(tǒng)參數(shù)初始化，包括:SAR平臺(tái)初始時(shí)刻位置坐標(biāo)記為(xr，yR，hR)，其中，x R、yR 和hR分別為平臺(tái)的x軸、y軸和z軸坐標(biāo);SAR平臺(tái)速度記為V;飛行方向沿y軸正方向；方位慢 時(shí)間為η;設(shè)方位向采樣點(diǎn)為N個(gè);面目標(biāo)包括Μ X Μ個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，且這Μ X Μ個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分布在原點(diǎn) (0，0，0)周圍；點(diǎn)目標(biāo)編號(hào)記為kQxy = (kQx，kQy)，其中，kQx表示從X軸負(fù)半軸至正半軸編號(hào)，且1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在y軸上;kQy表示從y軸負(fù)半軸至正半軸 編號(hào)，且個(gè)點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)在X軸上，設(shè)X軸每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn) 目標(biāo)之間距離為a米，y軸每?jī)蓚€(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)之間距離為b米； 52、 第一級(jí)回波方位采樣點(diǎn)下采樣，具體為:首先確定初始點(diǎn)目標(biāo)合并為虛擬點(diǎn)目標(biāo)的 合并因子1，然后計(jì)算在X軸上兩點(diǎn)目標(biāo)間相干關(guān)系不變的距離d，在y軸上兩點(diǎn)目標(biāo)間相干 關(guān)系不變的距離d y，求出第一級(jí)回波下采樣點(diǎn)數(shù)N1; 53、 確定迭代級(jí)數(shù)J，具體為:初始合并因子為1，第二級(jí)開始逐級(jí)合并因子為n，逐級(jí)合 并點(diǎn)目標(biāo)同時(shí)獲得更加細(xì)密的回波，當(dāng)回波數(shù)據(jù)方位采樣點(diǎn)為N時(shí)，結(jié)束循環(huán)；54、 計(jì)算第一級(jí)回波，具體為:根據(jù)他確定計(jì)算第一級(jí)回波的方位采樣位置，在方位向N 個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取他個(gè)點(diǎn)，將1 X 1個(gè)點(diǎn)目標(biāo)合并為一個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)，選取每組點(diǎn)目標(biāo)幾 何位置中心作為第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)的位置，應(yīng)用時(shí)域疊加法針對(duì)每個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)計(jì)算第一 級(jí)子回波； Μ Μ 55、 點(diǎn)目標(biāo)合并，具體為:將η X η個(gè)相鄰的第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)合并，合并后產(chǎn)生τ一χτ一 個(gè)新的虛擬點(diǎn)目標(biāo)，選取每組點(diǎn)目標(biāo)的幾何位置中心作為第二級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)的位置;計(jì)算 第二級(jí)回波數(shù)據(jù)方位下采樣點(diǎn)數(shù)Ν2,方位向Ν個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取Ν2個(gè)點(diǎn)，根據(jù)第一級(jí)回波 數(shù)據(jù)計(jì)算得出第二級(jí)子回波； 56、 重復(fù)步驟S5,直至第J級(jí)獲得回波sj(T，n，kjxy); 其中，kjxy表示第J級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)序號(hào)； 57、 疊加第J級(jí)回波，獲得最終回波。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，根據(jù)步驟S1初 始化的參數(shù)，得到則編號(hào)為ko的點(diǎn)目標(biāo)的坐標(biāo)為(k〇 x · a，k〇y · b，0)，點(diǎn)目標(biāo)(k〇x · a，k〇y · b, 〇)到平臺(tái)位置的距離歷史為：且參考距離為：3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，步驟S2具體包 括以下分步驟： S21、確定初始點(diǎn)目標(biāo)合并為虛擬點(diǎn)目標(biāo)的合并因子1; 522、 記兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分別為點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B，計(jì)算點(diǎn)目標(biāo)A到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)01和02 的距離差為DA = dc〇s(0);并計(jì)算點(diǎn)目標(biāo)B到雷達(dá)方位采樣點(diǎn)01和02的距離差為 /)?二，θ為目標(biāo)點(diǎn)和雷達(dá)平臺(tái)之間連線與 y軸的夾角，？>為六和B兩點(diǎn)和雷達(dá)平臺(tái) 位置02之間連線與y軸形成夾角之差； 523、 點(diǎn)目標(biāo)A和點(diǎn)目標(biāo)B間的相干關(guān)系表示為Dc;當(dāng)識(shí) 4.0時(shí)，= ?/，p - sin (?9):; 524、 當(dāng)A < 4時(shí)，認(rèn)為點(diǎn)目標(biāo)Α和點(diǎn)目標(biāo)Β間相干關(guān)系沒有改變， 4 貝1J得至525、 設(shè)信號(hào)的有效帶寬范圍是(f 1，fh)，c為光速，則λ取值應(yīng)為最短波長^1 = i *即其中，d的選取滿丨η (Θ)選取最大值，根據(jù)幾何構(gòu)型，獲得對(duì)應(yīng)s in (Θ) 最大值時(shí)的Θ; 計(jì)算 得針對(duì)第一級(jí)點(diǎn)目標(biāo)合并，q = l_l，求得X軸相鄰兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在計(jì)算第一級(jí)回波時(shí)應(yīng)選取 的方位采樣點(diǎn)數(shù)目他，首先計(jì)算X軸相鄰兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的初級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù) 目 Nix，PRI為脈沖重復(fù)周期，將Nlx向上取整取為2的整數(shù)次冪； 計(jì)算y軸相鄰兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的初級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目Nly，其中，c〇s(a)根據(jù)幾何構(gòu)型選取最大值，將Nly向上取整取為2的整數(shù)次冪； 選取Nlx和Nly中的較大值作為第一級(jí)回波選取的方位采樣點(diǎn)數(shù)目Λ，SP Ni=max(Nix，Niy)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，所述步驟S4具 體包括以下分步驟： 541、 設(shè)SAR發(fā)射的為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，所獲得的單點(diǎn)解調(diào)后的回波如下：其中，為第(k〇x，k()y)個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的反射系數(shù)，cor( ·)是距離向包絡(luò)，f〇為信號(hào)載頻， Kr為脈沖調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻斜率，TPS接收天線時(shí)間包絡(luò)； 542、 將1 X 1個(gè)相鄰點(diǎn)目標(biāo)分為一組進(jìn)行合并，選取幾何位置中心看作第一級(jí)虛擬點(diǎn)目 Μ Μ Μ Μ 標(biāo)的位置，共分為竽組，即產(chǎn)生孕x芊個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)，分別編號(hào)為： klxy= (klx,kly)543、 每組點(diǎn)目標(biāo)針對(duì)見個(gè)雷達(dá)方位采樣點(diǎn)生成一組子回波，回波矩陣大小為NiXN^Nr 為距離向采樣點(diǎn)數(shù)目； 所以每個(gè)虛擬點(diǎn)目標(biāo)獲得的子回波可以表示為5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，所述步驟S5具 體包括以下分步驟： S51、將ηΧη個(gè)相鄰的第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)合并為第二級(jí)子虛擬點(diǎn)目標(biāo)，選取其幾何位置 中心看作第二級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)的位置，共分》赴，即產(chǎn)生新的第二級(jí)的 虛擬點(diǎn)目標(biāo)，標(biāo)記為 k2xy 一 ( k2x，k2y )552、 根據(jù)步驟S25中的計(jì)算??'可知Ρ與虛擬點(diǎn)目標(biāo)之間的距離成 正比，即第二級(jí)中^變?yōu)樯弦患?jí)的η倍，d縮短為上一級(jí)的i，所以 η Ν2 = η · Νι； 553、 在方位向N個(gè)采樣點(diǎn)中均勻選取N2個(gè)點(diǎn)作為第二級(jí)回波的方位采樣點(diǎn)，計(jì)算第一級(jí) 虛擬點(diǎn)目標(biāo)到第二級(jí)子回波的方位采樣點(diǎn)的距離歷史R 2(n，k2xy)，第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)到第 一級(jí)子回波的方位米樣點(diǎn)RlhAlxy); 554、 回波信號(hào)可以拆分為三部分相乘，表達(dá)式如下： s = 〇kXEi XE2； 其中，〇k表示第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的散射系數(shù)其中，R表示第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的距離歷史； 555、 同一點(diǎn)目標(biāo)對(duì)不同方位米樣點(diǎn)生成的回波信號(hào)，以其中一個(gè)方位米樣點(diǎn)生成的回 波為基準(zhǔn)，其他的回波可以通過基準(zhǔn)回波對(duì)EdPE 2部分分別進(jìn)行補(bǔ)償處理再對(duì)回波信號(hào)移 位獲得，即第二級(jí)的子回波可以表示為；其中，SapTime為快時(shí)間采樣時(shí)間間隔，shift(s，k)表示對(duì)s序列向右移位k個(gè)單位， w表示對(duì)第一級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=(klx，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償， h表示玢針對(duì)第一 級(jí)虛擬點(diǎn)目標(biāo)klxy=(klx，kly)產(chǎn)生的補(bǔ)償。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種SAR回波快速時(shí)域生成方法，其特征在于，步驟S55中所述mod( ·)表示對(duì)括號(hào)內(nèi)公式求余數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK105954730SQ201610447036
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】武俊杰, 王悅, 張強(qiáng)輝, 裴季方, 冀彥杰, 繆羽軒, 黃鈺林, 楊建宇, 楊海光, 楊曉波
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)