1.基于三维等距圆模型的近距宽域SAR高分辨成像方法,包括如下步骤:步骤1、构建机载SAR成像的几何构型,分析其回波特性及其空间斜视角的空变特性及其影响;
步骤2、对信号进行距离向预处理,分析LRWC在不同成像条件下的差异,利用LRWC矫正非空变的线性距离徙动和多普勒中心频率,选择KT变换完全去除方位零时刻处的剩余线性距离徙动,应用Bulk RCMC实现高阶距离徙动的统一矫正;
步骤3、构建三维等距圆模型,推导得到经过距离向预处理之后等距点间波束中心斜距之间的空变关系解析式,并利用该结果和空间斜视角随地面距离空变的解析式对高次距离徙动的方位空变部分进行建模,进而利用方位空变的残余高阶RCMC方法提高距离向处理的精度,并利用SRC完成距离向处理;
步骤4、方位向处理时,去除点目标非空变的多普勒中心频率;根据三维等距圆模型对多普勒相位的方位空变特性进行分析建模,推导出新的扰动系数,改进ENLCS算法实现方位均衡。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1具体包括以下步骤:步骤1-1:构建SAR几何构型:以机载雷达方位零时刻所处位置在地面正投影为原点建立坐标系,雷达平台沿着高度为h的固定航线以v匀速飞行;
根据余弦定理,点目标N与雷达平台的瞬时斜距表示为其中,t表示方位向慢时间,rc表示t=tc时刻时的波束中心斜距,θ表示对应斜视角;
根据(1)式,对点目标到雷达的瞬时收发斜距合进行泰勒级数展开,得Rtotal(t;rc,tc)=2R(t;rc,tc)=Z+A(t-tc)+B(t-tc)2+C(t-tc)3+D(t-tc)4 (2)其中在式(3)中,第一项为距离常量,第二项为线性项,其余高次项为距离弯曲;
步骤1-2:假设发射信号为线性调频信号,解调至基带的回波信号为其中,wr(.)和wa(.)分别为距离向和方位向包络,τ为距离向快时间,fc为载频,Kr为线性调频率,c为光速,Ta为合成孔径时间;
采用频域处理算法,利用驻定相位原理将式(4)中的信号转换到距离频域,得其中,fr为距离频率。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤2具体包括以下步骤:步骤2-1:在距离频域方位时域进行LRWC处理,整体上消除回波的距离倾斜部分,去除多普勒模糊:使用参考距离rc0处的数据构建如下滤波器其中
A0=-2vsinθ0 (7)
将式(5)和式(6)相乘得到
步骤2-2:采用KT变换去除点目标的剩余线性距离徙动:对LRWC的处理结果进行如下的重采样过程将(9)代入(8)得到
其中,
上式中, 表示方位调制项,其余各项为距离方位耦合项,其中 是距离徙动的线性项,其系数代表了KT变换之后点目标在整个合成孔径时间之内沿方位向的剩余距离徙动曲线, 两项是距离频率的高次项,即距离压缩项;
将 重写为
步骤2-3:通过Bulk RCMC来消除距离弯曲成分:根据参考点构建如下滤波器对回波表达式进行Bulk RCMC和距离压缩处理其中,B0,C0,D0分别是场景中心参考点所对应的系数,即将式(13)与式(12)相乘,处理后的点目标距离延迟曲线变为其中,残余的高阶RCM即Δμ(tm;rctc)可以表示为其中μ0表示点目标经过处理之后波束中心距离在空间位置上的变化,而Δμ表示Bulk RCMC的处理误差,即残余高阶RCM。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤3具体包括以下步骤:步骤3-1:构建新的三维等距圆模型,实现对残余高阶RCM的彻底去除:建立以O’为圆心,O’N0为半径的圆模型,其中,O’N=O’N0,ON=ON0;
根据几何关系联立下列方程
其中,rco’,rc’分别是rc0,rc在地面上的投影;
对式(17)进行求解,可得
在三维模型几何关系中,有
对式(19)和式(18)进行求解可得点目标之间的波束中心距离rc和参考点中心斜距rc0之间的准确关系此处将式(3)重写为
观察式(21)可以发现,代表点目标位置的距离常量Z只和参考点处的rc0和θ0有关,而携带有RCM和多普勒参数二维空变信息的其它项则依赖于距离空变的斜视角θ(Δrg);
根据三维等距圆模型几何特点可得距离空变的斜视角Δrg具体表达式将式(18)代入(22)中可得Δrg的解析式步骤3-2:对方位空变的残余距离徙动进行重新建模:利用(18)中关于等距点间的波束中心距离之间的关系式和关于空间斜视角随地面距离空变的解析式并结合式(23),对方位空变的残余距离徙动进行重新建模:一次项对此部分处理无影响因此只展开到一次,而更高阶项在实际推导过程中未起到作用,因此忽略C2、D1、D2,其中将式(24)代入式(15)中,得
步骤3-3:采用方位空变的残余高阶RCMC以彻底去除方位边缘点的剩余RCM线性徙动项:引入新的扰动系数q3、q4
将(27)与(26)相乘得到
其中
φ2(tm)=
(B1tc3-3C0tc3+q3tc3+B2tc4-C1tc4-2D0tc4+q4tc4+μ0)+(2B1tc2-6C0tc2+3q3tc2+2B2tc3-12D0tc3+4q4tc3)(tm-tc)+(B1tc-3C0tc+3q3tc+B2tc2+3C1tc2-18D0tc2+6q4tc2)(tm-tc)2+(q3+2C1tc-8D0tc+4q4tc)(tm-tc)3+O[tm-tc]4(29)
将tm-tc的一次项置为零,得到
将(30)回代到(29)得
步骤3-4:对式(10)的高次项进行处理,即SRC和高次项消除,其滤波函数为其中
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤4具体包括以下步骤:步骤4-1:处理回波中的方位向部分,即(10)中的方位调制项忽略其常数项得到
去除多普勒中心频率:
将式(36)与(35)相乘得
将信号转换到方位频域并忽略相位中的常数项从中得到方位向调频率Ka,三次相位 和四次相位 分别为步骤4-2:利用三维等距圆模型中的斜距解析式(18)和空间斜视角随地面距离空变的解析式并结合式(23),对调频率Ka和三次相位 分别建模:其中
式中波长λ=c/fc,Ka0是方位中心点的多普勒调频率,其余的系数都是相应的方位空变因子;
步骤4-3:ENLCS的具体公式推导,先在频域进行预滤波处理其中参数Y3和Y4为待定量,
将式(42)与式(38)相乘得到
其中 常数项对方位均衡和压缩均没有影响,故将其忽略;通过MSR将式(43)中的信号转换到方位时域,并引入以下均衡因子来均衡多普勒相位即可完成ENLCS均衡处理其中,p2、p3和p4也是待定的参数;
经过方位向ENLCS均衡处理之后,Y3,Y4,p2,p3和p4均可求出,进行方位向压缩的函数为其中最后,把ENLCS处理后的结果与(45)相乘,完成算法全部处理过程,实现最终的高分辨率聚焦成像。