CN106093942B - 一种考虑斜视影响的高分辨率星载sar脉冲压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩方法，技术方案包括以下步骤：第一步，补偿相位：对回波信号进行相位补偿，得到相位补偿后回波信号；第二步，生成频域匹配滤波器：根据调频率，生成参考信号，变换到频域得到匹配滤波器；第三步，进行脉冲压缩：将相位补偿后回波信号变换到频域，得到频域信号；将频域信号与匹配滤波器的共轭进行相乘，得到匹配滤波后的频域信号，变换到时域得到脉冲压缩后的信号。本发明可以避免现有脉冲压缩方法导致的分辨率降低、峰值旁瓣比抬高问题，具有实现简单、速度快的优点。

Description

一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩方法
技术领域
本发明属于航天和微波遥感的交叉技术领域，特别涉及一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)脉冲压缩方法。
背景技术
星载SAR是一种工作在微波波段的主动式传感器，具有能够全天时、全天候工作的特点。它通过距离向脉冲压缩和方位向脉冲压缩来获得二维高分辨率地球表面雷达图像，是现代地球测绘、成像侦查的重要手段。图像分辨率是衡量星载SAR***成像能力的重要指标。SAR图像分辨率包括距离分辨率和方位分辨率。距离分辨率受限于雷达信号带宽，信号的带宽越大，距离分辨率越高。方位分辨率受限于波束扫描角，波束扫描角越大，方位分辨率越高。现代高分辨率星载SAR通过控制波束指向使得辐照区在地面移动来提高单个散射点的波束扫描角，从而提高方位向分辨率。这种工作方式导致了绝大部分时间波束指向具有一定的斜视角，斜视角通常从成像的场景中心向边缘不断增加。
现有的脉冲压缩方法(具体方法参见文献《合成孔径成像》45-67页，IanG.Cumming等著，电子工业出版社2007年出版)不考虑斜视带来的影响，常用于中低分辨率星载SAR或机载SAR信号处理中。在实现脉冲压缩时，回波信号被视为雷达发射信号的直接时延，回波信号的脉宽、调频率和发射信号一致，其脉冲压缩是用发射信号做参考，通过和回波的卷积获得高分辨率一维距离像。但是在高分辨率星载SAR***中，波束扫描导致星载SAR波束指向所具有的斜视角和卫星平台存在的较大运动速度使得卫星平台和地面雷达照射区域存在一定的相对运动速度，该相对运动速度随着斜视角增大而增大。相对运动速度使得雷达回波模型发生变化，雷达回波不再是发射信号的简单时延，用发射信号作参考与回波卷积的脉冲压缩方式不再适用。
发明内容
本发明的目的是，提出一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩方法，解决高分辨率星载SAR斜视条件下脉冲压缩性能下降问题。
本发明技术方案的思路是：一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩方法，根据高分辨率星载SAR斜视条件下的回波模型，补偿由相对运动速度带来的附加相位，根据相对运动速度生成脉冲压缩参考信号并获得匹配滤波器，对回波进行傅里叶变换在频域进行匹配滤波，最后返回到时域，从而完成考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩，得到高分辨率一维距离像。
本发明技术方案是：
已知高分辨率星载SAR发射信号的参数是：中心频率fc，脉宽为T，带宽B，调频率Kr，波长λ，电磁波传播速度C。
假设星载SAR在某次观测过程中任一脉冲时刻对应的参数是：在地固坐标系下卫星速度Vs，波束斜视角θ，星载SAR观测目标获得回波信号s(t)，其中t表示采样时间，上述参数均可利用现有方法测量得到。
其特征在于，包括以下步骤：
第一步，补偿相位
对回波信号进行相位补偿，得到相位补偿后回波信号s'(t)，现有的相位补偿方法均可，优选采用下面过程：
计算补偿相位h1(t)：
再计算相位补偿后回波信号s'(t)：
s'(t)＝s(t)·h1(t)
第二步，生成频域匹配滤波器
计算调频率Kr'：
生成参考信号h2(t)：
变换到频域得到匹配滤波器H2(f)：
第三步，进行脉冲压缩
将相位补偿后回波信号s'(t)变换到频域，得到频域信号S'(f)：
将频域信号S'(f)与匹配滤波器H2(f)的共轭进行相乘，得到匹配滤波后的频域信号Sh'(f)：
Sh'(f)＝S'(f)·H2 *(f)
将Sh'(f)变换到时域，得到脉冲压缩后的信号sh'(t)：
本发明的有益效果是：本发明在脉冲压缩过程中引入了斜视下的补偿相位，计算匹配滤波器时考虑了斜视带来的调频率变化，可以避免现有脉冲压缩方法导致的分辨率降低、峰值旁瓣比抬高问题，其中时域到频域和频域到时域的变换可以用快速傅里叶变换来实现，该方法具有实现简单、速度快的优点。
附图说明
图1是本发明考虑斜视影响的星载SAR脉冲压缩的工作示意图；
图2是仿真中设定的星载SAR参数；
图3是常规的脉冲压缩结果；
图4是本方法的脉冲压缩结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
图1是本发明的处理流程图。整个流程分为三大步。第一步：相位补偿：补偿由于波束斜视带来的附加相位；第二步：生成匹配滤波器：根据卫星速度和斜视角，生成考虑斜视的匹配滤波器；第三步：脉冲压缩处理：将回波经傅里叶变换到频域，在频域与匹配滤波器相乘，最后再逆傅里叶变换到时域，完成脉冲压缩，得到高分辨率一维距离像。
图2～图4是利用本发明具体实施方式进行仿真实验的处理结果。
图2为仿真中设定的星载SAR参数，包括卫星高度、中心频率、波长、脉冲宽度、信号带宽、调频率、中心下视角、斜视角等参数。星载SAR工作在X波段，依据距离分辨率计算公式得到距离分辨率标称值为0.15米，脉冲压缩的峰值旁瓣比标称值为-13.26dB。
图3是采用现有方法进行脉冲压缩的结果，现有的脉冲压缩方法不考虑斜视带来的径向速度的影响，认为接收信号是发射信号的简单时延，不存在附加相位及调频率改变。图中，横坐标为相对距离(以脉冲压缩峰值位置为0点)，纵坐标为归一化幅度(最大值为0dB)，压缩后脉冲的距离分辨率为0.1505米，比标称值低0.0005米，峰值旁瓣比为-12.74dB，比标称值高0.52dB。说明，现有的脉冲压缩方法出现了脉冲压缩分辨率降低、峰值旁瓣比抬高问题。
图4是采用本发明方法进行脉冲压缩的结果，图中，横坐标为相对距离(以脉冲压缩峰值位置为0点)，纵坐标为归一化幅度(最大值为0dB)，压缩后脉冲的距离分辨率为0.1498米，比标称值高0.0002米，峰值旁瓣比为-13.26dB，和标称值一致。说明，本发明的脉冲压缩方法可获得较好的脉冲压缩结果，能够避免传统的脉冲方法带来的分辨率降低、峰值旁瓣比抬高问题。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种考虑斜视影响的高分辨率星载SAR脉冲压缩方法，已知高分辨率星载SAR发射信号的参数和在某次观测过程中任一脉冲时刻对应的参数，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，补偿相位：
对回波信号进行相位补偿，得到相位补偿后回波信号s'(t)，具体过程：
计算补偿相位h1(t)：
再计算相位补偿后回波信号s'(t)：
s'(t)＝s(t)·h1(t)；
第二步，生成频域匹配滤波器：
计算调频率Kr'：
生成参考信号h2(t)：
参考信号h2(t)变换到频域得到匹配滤波器H2(f)：
上面涉及的参数包括：
高分辨率星载SAR发射信号的参数是：脉宽为T，调频率Kr，电磁波传播速度C；
星载SAR在某次观测过程中任一脉冲时刻对应的参数是：在地固坐标系下卫星速度Vs，波束斜视角θ，t表示采样时间；
第三步，进行脉冲压缩：
将相位补偿后回波信号变换到频域，得到频域信号；
将频域信号与匹配滤波器H2(f)的共轭进行相乘，得到匹配滤波后的频域信号Sh'(f)；
将Sh'(f)变换到时域，得到脉冲压缩后的信号。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110162833B (zh) * 2019-04-11 2023-07-14 上海卫星工程研究所 星载sar距离向脉压性能评估功能模块设计方法
CN111157992B (zh) * 2020-01-14 2021-11-30 中国人民解放军海军工程大学 一种基于迭代相位自聚焦的机动目标isar成像方法
CN113723225A (zh) * 2021-08-13 2021-11-30 陕西航天技术应用研究院有限公司 一种新型的定标信号处理方法、***、电子设备及存储介质
CN114895267B (zh) * 2022-04-08 2024-07-09 西安电子科技大学 一种基于斜距补偿的星载多模式sar回波快速生成方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492932B1 (en) * 2001-06-13 2002-12-10 Raytheon Company System and method for processing squint mapped synthetic aperture radar data
CN101561970A (zh) * 2009-05-25 2009-10-21 中国人民解放军理工大学气象学院 一种微波车辆检测雷达的控制方法
CN102176016A (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 北京航空航天大学 一种大斜视滑动聚束sar成像处理方法
CN102323570A (zh) * 2011-05-24 2012-01-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种雷达目标回波信号模拟器的幅相特性估计方法
CN103454635A (zh) * 2013-09-08 2013-12-18 西安电子科技大学 基于高超声速飞行器平飞段的前斜视sar成像方法
CN103901428A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 西安电子科技大学 弹载sar子孔径前斜视高阶非线性调频变标成像方法
CN104865573A (zh) * 2015-06-12 2015-08-26 西安电子科技大学 一种双基前视高机动平台sar扩展场景成像优化方法
CN105093224A (zh) * 2015-01-21 2015-11-25 电子科技大学 一种大斜视合成孔径雷达成像处理方法
CN105372657A (zh) * 2015-12-10 2016-03-02 中国科学院电子学研究所 基于回波数据的视频合成孔径雷达运动补偿成像方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492932B1 (en) * 2001-06-13 2002-12-10 Raytheon Company System and method for processing squint mapped synthetic aperture radar data
CN101561970A (zh) * 2009-05-25 2009-10-21 中国人民解放军理工大学气象学院 一种微波车辆检测雷达的控制方法
CN102176016A (zh) * 2011-01-25 2011-09-07 北京航空航天大学 一种大斜视滑动聚束sar成像处理方法
CN102323570A (zh) * 2011-05-24 2012-01-18 中国人民解放军国防科学技术大学 一种雷达目标回波信号模拟器的幅相特性估计方法
CN103454635A (zh) * 2013-09-08 2013-12-18 西安电子科技大学 基于高超声速飞行器平飞段的前斜视sar成像方法
CN103901428A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 西安电子科技大学 弹载sar子孔径前斜视高阶非线性调频变标成像方法
CN105093224A (zh) * 2015-01-21 2015-11-25 电子科技大学 一种大斜视合成孔径雷达成像处理方法
CN104865573A (zh) * 2015-06-12 2015-08-26 西安电子科技大学 一种双基前视高机动平台sar扩展场景成像优化方法
CN105372657A (zh) * 2015-12-10 2016-03-02 中国科学院电子学研究所 基于回波数据的视频合成孔径雷达运动补偿成像方法

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