多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法

摘要

本发明公开了多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法，涉及合成孔径雷达技术领域，能够有效减少频谱重建方法所需存储量，适用星载SAR星上实时处理。本发明的技术方案包括如下步骤：构建频谱重建逆滤波系数W0。分析逆滤波系数分段更新对成像质量的影响，根据分析结果确定分段更新的聚焦深度取值Nmax。根据分段更新的聚焦深度取值Nmax，得到按照方位频点分段更新的逆滤波系数W1。将多通道数据分别进行傅里叶变换，得到的频谱为方位模糊的频谱。利用逆滤波系数W1针对方位模糊的频谱进行逆滤波，恢复出方位无模糊的频谱P，完成多通道SAR频谱重建。

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达技术领域，具体涉及多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是20世纪50年代由美国首先提出的一种主动式微波遥感设备，具有全天时、全天候、二维高分辨、强传统性等特点，在灾害监测、地图测绘等领域发挥着重要作用。随着星载SAR技术不断向多模式、多波段、高分辨和大幅宽的方向发展，获取高分宽幅星载SAR图像已经成为必然发展趋势。

但是，受限于脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，PRF)和最小雷达天线尺寸，传统SAR系统的分辨率和幅宽无法同时提高。相比传统SAR系统，多通道SAR系统能有效突破这一约束，实现高分宽幅成像，现已广泛应用于各国的星载SAR系统。但是，相比单通道SAR成像，由于其脉冲重复频率小于多普勒带宽，需要进行方位频谱重建，其成像过程更加复杂。由于星载SAR系统体积和功耗受限，传统方法所需的存储量无法实现星上实时处理。

因此，需要一种适用于星上实时处理的多通道SAR频谱重建方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法，能够有效减少频谱重建方法所需存储量，适用星载SAR星上实时处理。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

S1：构建频谱重建逆滤波系数W

S2：分析逆滤波系数分段更新对成像质量的影响，根据分析结果确定分段更新的聚焦深度取值N

S3：根据分段更新的聚焦深度取值N

S4：将多通道数据分别进行傅里叶变换，得到的频谱为方位模糊的频谱。

S5：利用逆滤波系数W

进一步地，S2，具体为：将逆滤波系数W

更新后的逆滤波系数的误差在成像结果中引入虚假目标，确定虚假目标与真实目标的幅度比SA，并通过设定聚焦深度N的不同取值，获得聚焦深度与幅度比的关系曲线，取虚假目标与真实目标的幅度比的最大值SA

进一步地，针对双通道星载SAR，S1中，构建频谱重建逆滤波系数W

其中，w

则S2，具体为：

在逆滤波系数W

其中，k为方位频点的序号；n是k除以聚焦深度N后的余数，即n＝mod(k,N)；N

则更新后的逆滤波系数w

误差w

k取值为1,2，……2N

其中，S

虚假目标为

其中，A为真实目标幅度；t

通过设定聚焦深度N的取值取遍0～4500内所有整数值，获得聚焦深度与幅度比的关系曲线，在关系曲线中，取虚假目标与真实目标的幅度比的最大值SA

进一步地，方位频点分段更新的逆滤波系数W

有益效果：

本发明提供一种面向多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法，通过对逆滤波系数进行分段更新，有效减少方法所需存储量，减少星上资源消耗，实现多通道SAR系统星上实时处理。

附图说明

图1为本发明提供的一种面向多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法的流程图；

图2为本发明逆滤波系数分段更新的过程示意图；

图3为虚假目标与真实目标的最大幅度比、所提方法的存储量与传统方法的存储量之比和聚焦深度之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

S1：构建频谱重建逆滤波系数W

S2：分析逆滤波系数分段更新对成像质量的影响，根据分析结果确定分段更新的聚焦深度取值N

将逆滤波系数W

更新后的逆滤波系数的误差在成像结果中引入虚假目标，确定虚假目标与真实目标的幅度比SA，并通过设定聚焦深度N的不同取值，获得聚焦深度与幅度比的关系曲线，取虚假目标与真实目标的幅度比的最大值SA

S3：根据分段更新的聚焦深度取值N

S4：将多通道数据分别进行傅里叶变换，得到的频谱为方位模糊的频谱S

S5：利用逆滤波系数W

P＝[P

本发明实施例给出了针对双通道星载SAR的具体实施例，则在S1中，构建频谱重建逆滤波系数W

其中，w

在S2，具体为：

在逆滤波系数W

其中，k为方位频点的序号；n是k除以聚焦深度N后的余数，即n＝mod(k,N)；N

则更新后的逆滤波系数w

误差w

k取值为1,2，……2N

其中，S

虚假目标为

其中，A为真实目标幅度；t

通过设定聚焦深度N的取值取遍0～4500内所有整数值，获得聚焦深度与幅度比的关系曲线，在关系曲线中，取虚假目标与真实目标的幅度比的最大值SA

S3中，方位频点分段更新的逆滤波系数W

根据计算出的W

为进一步说明本发明在多通道星载SAR的应用，这里给出了针对三通道星载SAR的具体实施例，则在S1中，构建频谱重建逆滤波系数W

其中，w

在S2，具体为：

在逆滤波系数W

其中，k为方位频点的序号；n是k除以聚焦深度N后的余数，即n＝mod(k,N)；N

则更新后的逆滤波系数w

误差w

k取值为1,2，……3Na；

其中，

S

虚假目标为

其中，A为真实目标幅度；t

通过设定聚焦深度N的取值取遍0～4500内所有整数值，获得聚焦深度与幅度比的关系曲线，在关系曲线中，取虚假目标与真实目标的幅度比的最大值SA

S3中，方位频点分段更新的逆滤波系数W

根据计算出的W

下面通过GF-3实测数据处理试验对本发明的效果进一步说明。

选取2016年8月30日获取的杭州地区的GF-3双通道条带数据进行成像处理。

首先，根据虚假目标的最大幅度确定聚焦深度N。根据上文分析，画出虚假目标与真实目标的最大幅度比和聚焦深度之间的关系，如图3实线所示。从图中可以看出，当聚焦深度N小于或等于256，虚假目标与真实目标的最大幅度比小于或等于-38.89dB，虚假目标幅度将被控制在较低水平，将淹没在杂波和噪声之下。同时，本发明所提方法的存储量与传统方法的存储量之比与聚焦深度的关系如图3虚线所示，聚焦深度越大，方法所需存储量越小，因此，选取聚焦深度N

然后，根据设置的聚焦深度N，对逆滤波系数分段更新，并得到无模糊的频谱，并采用线频调变标方法进行SAR成像。可以看出，本发明所提方法成像结果不存在方位模糊，无虚假目标，成像质量良好。

由此可见，本发明提出面向多通道星载SAR星上实时处理的方位频谱逆滤波重建方法，通过分析逆滤波系数分段更新对成像质量的影响，确定合适聚焦深度，并生成新的分段更新的逆滤波系数，进行方位频谱重建。解决了在卫星载荷重量、功耗受限的情况下，传统方法所需存储量大，无法满足星上实时处理的问题，弥补了现有技术的不足。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。