一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法

摘要

本发明涉及雷达仿真研究技术领域，具体公开了一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法。该方法包括：1、利用电磁计算方法获取宽带扫频数据；2、将脉冲采样位置的宽带扫频数据进行逆傅里叶变换，从频域转换到时域，获得一维距离像；3、对获得的一维距离像补零后，进行傅里叶变换，变换到频域；4、将步骤3中处理完的信号与发射线性调频信号的频谱相乘后，进行逆傅里叶变换，获得时域回波；5、对时域回波的实部和虚部分别进行A/D采样量化，获得SAR原始数据。利用该方法能有效地解决了地/海面场景的宽带数据到SAR原始数据的转换，满足了针对SAR目标特性和SAR图像解释对地/海面场景高精度SAR建模仿真的需求，能够为SAR的快速仿真提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明属于雷达仿真研究技术领域，具体涉及一种基于宽带扫频数据的 SAR原始数据生成方法。

背景技术

在SAR系统参数设计、成像算法验证、处理器性能评估以及SAR图像解译 识别等应用中，SAR原始数据都具有非常重要的意义。按照是否考虑电磁散射 过程，SAR原始数据仿真方法可以分为图像级仿真和原始回波信号级仿真两类。 图像级仿真方法仅模拟SAR图像的特征，不考虑场景中目标与环境的电磁散射 过程，利用现有的或假设的散射系数图来模拟SAR原始数据；原始回波信号级 仿真方法则关注电磁散射过程，考虑电磁波与目标和环境的相互作用，通过对 复杂地面场景和SAR平台运动的建模，结合电磁计算方法仿真SAR原始数据。

目前，国内外SAR原始数据仿真的研究，大多数都属于第一类方法。然而， 由于实际的SAR系统和工作场景非常复杂，SAR图像级仿真只是基于点散射源 的简单电磁散射模型，相对而言，SAR原始回波信号级仿真能更加真实地模拟 SAR的电磁散射过程。

在进行SAR原始回波信号级仿真时，首先通过建立SAR仿真场景模型， 准确描述雷达与目标/环境的空间几何关系，分析SAR图像中表现出的近距压 缩、透视收缩、叠掩和阴影等几何畸变特性；接着建立目标的电磁散射模型、 环境的电磁散射模型以及目标-环境间的耦合电磁散射模型，描述电磁波与 SAR场景的电磁作用机理；再基于上述场景模型和电磁散射模型仿真SAR原始 数据。

对于大规模地/海面场景的SAR建模，时域仿真的计算量非常大，相对而言， 宽带扫频数据比SAR时域回波更容易获得。虽然在ISAR领域，宽带扫频数据 已经得到了广泛使用，但在SAR领域还尚未见有相关研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法， 可以满足对地/海场景高精度SAR建模仿真的需求，为SAR快速仿真提供技术 支撑。

本发明的技术方案如下：一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法， 具体包括如下步骤：

步骤1、根据地/海面场景的三维建模，利用电磁计算方法获取宽带扫频数 据；

步骤2、将脉冲采样位置的宽带扫频数据进行逆傅里叶变换，将信号从频域 转换到时域，获得一维距离像；

步骤3、对步骤2中获得的一维距离像补零后，进行傅里叶变换，变换到频 域；

步骤4、将步骤3中处理完的信号与发射线性调频信号的频谱相乘后，进行 逆傅里叶变换，获得时域回波；

步骤5、对步骤4中时域回波的实部和虚部分别进行A/D采样量化，获得 SAR原始数据。

所述的步骤1获取宽带扫频数据的具体步骤为：

在三维建模的地/海面场景中，SAR系统发射线性调频信号，带宽为B，采 样率为f_s，时宽为τ，载频为f₀，每个脉冲回波的采样点数为N；扫频信号的 最低频率为f_min，最高频率为f_max，扫频间隔为Δf：

其中，

f_min＝f₀-f_s/2

f_max＝f₀+f_s/2

$\mathrm{\Delta f}=\frac{c}{2W}$

其中，W为距离向宽度；则，需要的扫频点数N_f为

N_f＝(f_max-f_min)/Δf

根据以上参数，获得宽带扫频数据为S(f)。

所述的步骤3中通过步骤2获得的一维距离像s(t)的两端分别补N_{0_2}个零， 得到补零后的一维距离像s′(t)使其长度为N，其中，N_{0_2}＝(N-N_f)/2，N_f为需要的扫频点数，N为脉冲回波的采样点数。

所述的步骤4中获得时域回波的具体过程为：

对补零后的一维距离像进行傅里叶变换，获得时域补零的频谱S′(f)，并将 时域补零的频谱S′(f)与发射线性调频信号的频谱H(f)相乘，得到加入线性调频 信号后的频谱P(f)，

其中，

$H\left(f\right)\approx \mathrm{rect}\left(\frac{f}{B}\right)\exp (-\mathrm{j\pi }\frac{f^2}{k})$

P(f)＝S′(f)H(f)

其中，rect(·)为矩形包络，k为线性调频信号的调频率；

对加入线性调频信号后的频谱P(f)进行逆傅里叶变换，得到时域回波p(t)。

本发明的显著效果在于：本发明所述的一种基于宽带扫频数据的SAR原 始数据生成方法，有效地解决了地/海面场景的宽带数据到SAR原始数据的转 换，满足了针对SAR目标特性和SAR图像解释对地/海面场景高精度SAR建模 仿真的需求，能够为SAR的快速仿真提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法流程 示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于宽带扫频数据的SAR原始数据生成方法，具体包括 如下步骤：

步骤1、根据地/海面场景的三维建模，利用电磁计算方法获取宽带扫频数 据；

在三维建模的地/海面场景中，SAR系统发射线性调频信号(LFM)，带宽 为B，采样率为f_s，时宽为τ，载频为f₀，每个脉冲回波的采样点数为N；扫频 信号的最低频率为f_min，最高频率为f_max，扫频间隔为Δf。

LFM的采样率为f_s，变换到频域后的频谱宽带也为f_s，采用的最低扫频频 率f_min和最高扫频频率f_max应分别为

f_min＝f₀-f_s/2           (1)

f_max＝f₀+f_s/2               (2)

扫频间隔Δf由需要成像的距离向宽度W决定

$\mathrm{\Delta f}=\frac{c}{2W}---\left(3\right)$

则，需要的扫频点数N_f为

N_f＝(f_max-f_min)/Δf         (4)

根据以上参数，获得宽带扫频数据为S(f)。

步骤2、将脉冲采样位置的宽带扫频数据进行逆傅里叶变换，将信号从频域 转换到时域，获得一维距离像；

对宽带扫频数据S(f)进行逆傅里叶变换，转换到时域，获得的一维距离像 s(t)。

步骤3、对步骤2中获得的一维距离像补零后，进行傅里叶变换，变换到频 域；

在一维距离像s(t)的两端分别补N_{0_2}个零，得到补零后的一维距离像s′(t)， 使其长度为N，其中，N_{0_2}＝(N-N_f)/2。

步骤4、将步骤3中处理完的信号与发射线性调频信号的频谱相乘后，进行 逆傅里叶变换，获得时域回波；

对补零后的一维距离像进行傅里叶变换，获得时域补零的频谱S′(f)，并将 时域补零的频谱S′(f)与发射线性调频信号的频谱H(f)相乘，得到加入线性调频 信号后的频谱P(f)，

其中，

$H\left(f\right)\approx \mathrm{rect}\left(\frac{f}{B}\right)\exp (-\mathrm{j\pi }\frac{f^2}{k})---\left(5\right)$

P(f)＝S′(f)H(f)           (6)

其中，rect(·)为矩形包络，k为线性调频信号的调频率。

对加入线性调频信号后的频谱P(f)进行逆傅里叶变换，得到时域回波p(t)。

步骤5、对步骤4中时域回波的实部和虚部分别进行A/D采样量化，获得 SAR原始数据；

对时域回波p(t)的实部和虚部分别进行A/D采样并量化，即可获得SAR原 始数据。