一种高速平台分布式多通道斜视SAR信号的重构方法

一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法
技术领域
1.本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法。


背景技术：

2.随着平台速度的大幅度提高，单一天线受到合成孔径雷达(sar，synthetic aperture radar)系统无模糊成像的最小天线面积限制，距离模糊与方位模糊的矛盾难以调和，而多通道sar系统可以克服上述限制，实现高分辨率宽幅成像，对于外形复杂、内部空间较小的平台，采用分布式阵列多通道sar设计可以充分利用载体表面空间并保证其空气动力学性能，解决了系统的模糊问题。
3.为了进行后续的sar成像处理，分布式多通道频谱恢复至关重要，采用空域滤波的处理方式进行频谱恢复是常用的方法。但是对于分布式多通道斜视sar来说，其空时谱存在非线性空变特性，因此传统的基于线阵多通道的sar信号重构方法不再适用，而现有的分布式多通道sar信号重构方法无法应用于斜视情况。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法。
5.本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法，所述重构方法包括：
7.步骤1、多通道sar系统的中心通道向目标发射线性调频信号后，各通道接收回波信号后进行等效相位中心处理，得到距离时域和方位时域的目标信号；
8.步骤2、对所述距离时域和方位时域的目标信号进行距离向的傅里叶变换，得到距离频域和方位时域的目标信号；
9.步骤3、对所述距离频域和方位时域的目标信号进行距离向脉冲压缩，得到脉冲压缩后的信号；
10.步骤4、对所述脉冲压缩后的信号依次进行走动校正处理和傅里叶变换，以得到第一二维频域回波信号；
11.步骤5、基于最近斜距的泰勒展开式和所述第一二维频域回波信号得到第二二维频域回波信号；
12.步骤6、基于所述第二二维频域回波信号和非空变相位补偿函数得到非空变相位补偿后的回波信号；
13.步骤7、对所述非空变相位补偿后的回波信号沿垂直航向分布导致的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号；
14.步骤8、基于所述距离时域和方位频域的回波信号中的附加相位得到的空域滤波权矢量和所述距离时域和方位频域的回波信号，得到解模糊后的信号，其中，所述附加相位
是由于相位中心位置不同导致的。
15.可选地，第m个相位中心的所述距离时域和方位时域的目标信号表示为：
[0016][0017]
其中，为距离时域和方位时域的目标信号，为距离时间，ta为方位时间，σn为第n个散射点的后效散射系数，γ为调频率，j为虚数，c为光速，λ为波长，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距。
[0018]
可选地，所述脉冲压缩后的信号表示为：
[0019][0020]
其中，sm(fr,ta)为脉冲压缩后的信号，ta为方位时间，fr为距离频率，j为虚数，fc为载频，c为光速，ym为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，σn为第n个散射点的后效散射系数，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距。
[0021]
可选地，所述步骤4包括：
[0022]
步骤4.1、对所述脉冲压缩后的信号进行走动校正处理，得到走动校正后的信号，走动校正后的信号表示为：
[0023][0024]
其中，s
1m_lrwc
(fr,ta)为走动校正后的信号，ta为方位时间，fr为距离频率，j为虚数，fc为载频，c为光速，ym为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，σn为第n个散射点的后效散射系数，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，v为速度；
[0025]
步骤4.2、对所述走动校正后的信号进行傅里叶变换，得到第三二维频域回波信号，所述第三二维频域回波信号表示为：
[0026][0027]
其中，s
2m_lrwc
(fr,fa)为第三二维频域回波信号，fa为方位频率，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，f
dc
为中心多普勒频率，yn为第n个散射点的方位坐标；
[0028]
步骤4.3、基于(xm,ym,zm)＝(0,0,0)，根据所述第三二维频域回波信号得到所述第一二维频域回波信号，所述第一二维频域回波信号表示为：
[0029][0030]
其中，s
3m_lrwc
(fr,fa)为第一二维频域回波信号，s
o_lrwc
(fr,fa)为原点o处的距离频域和方位频域回波信号，xn和zn为第n个散射点的x轴方向和z轴方向的坐标，(xm,ym,zm)为第m个相位中心的坐标。
[0031]
可选地，所述步骤5包括：
[0032]
步骤5.1、对第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距在xm＝0、zm＝0处作泰勒展开，得到第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式，所述第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式表示为：
[0033][0034]
其中，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，(xn,yn,zn)为第n个散射点的坐标，(xm,ym,zm)为第m个相位中心的坐标，h为飞行高度，r0为场景中心到原点o的最近斜距，o(xn,yn)为泰勒展开高次项；
[0035]
步骤5.2、基于所述第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式和所述第一二维频域回波信号，得到第二二维频域回波信号，所述第二二维频域回波信号表示为：
[0036][0037]
其中，s
4m_lrwc
(fr,fa)为第二二维频域回波信号，s
o_lrwc
(fr,fa)为原点o处的回波信号，fr为距离频率，fa为方位频率，j为虚数，v为速度，ym为第m个相位中心的方位向坐标，fc为载频，c为光速，f
dc
为中心多普勒频率，rm为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距与场景中心点到原点o的最近斜距之差，o(xn,yn)为泰勒展开高次项。
[0038]
可选地，所述步骤6包括：
[0039]
步骤6.1、将所述第二二维频域回波信号中的在fa＝0处作二阶泰勒展开，得到展开结果，所述展开结果表示为：
[0040][0041]
其中，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，λ为波长；
[0042]
步骤6.2、基于所述展开结果，得到和
[0043]
步骤6.3、基于和所述第二二维频域回波信号，得到第四二维频域回波信号，所述第四二维频域回波信号表示为：
[0044][0045]
其中，s
5m_lrwc
(fr,fa)为第四二维频域回波信号；
[0046]
步骤6.4、利用所述非空变相位补偿函数对所述第四二维频域回波信号进行非空变相位补偿，得到所述非空变相位补偿后的回波信号。
[0047]
可选地，所述非空变相位补偿函数表示为：
[0048][0049]
其中，h
m1
(fr)为非空变相位补偿函数；
[0050]
所述非空变相位补偿后的回波信号表示为：
[0051][0052]
其中，s
6m_lrwc
(fr,fa)为非空变相位补偿后的回波信号。
[0053]
可选地，所述步骤7包括：
[0054]
步骤7.1、对所述非空变相位补偿后的回波信号做距离向傅立叶变换，得到变换后的回波信号；
[0055]
步骤7.2、对所述变换后的回波信号的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号，所述距离时域和方位频域的回波信号表示为：
[0056][0057]
其中，为距离时域和方位频域的回波信号，为距离时间，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，为原点o处的距离时域和方位频域回波信号。
[0058]
可选地，所述步骤8包括：
[0059]
步骤8.1、基于所述距离时域和方位频域的回波信号得到所述附加相位，所述附加相位表示为：
[0060][0061]
其中，am(fa)为第m个相位中心的附加相位，fa为方位频率，j为虚数，v为速度，ym为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，λ为波长，rm为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距与场景中心点到原点o的最近斜距之差；
[0062]
步骤8.2、将所有相位中心的附加相位排列成附加相位导向矢量，所述附加相位导向矢量表示为：
[0063]
a(fa)＝[a1(fa),a2(fa),
…
,am(fa),
…
,am(fa)]
t
[0064]
其中，a(fa)为附加相位导向矢量，t为转置，m＝1,2，
…
，m；
[0065]
步骤8.3、将所有的附加相位导向矢量进行组合，得到导向矩阵；
[0066]
步骤8.4、将所有的所述距离时域和方位频域的回波信号排列成矢量形式，得到矢量形式的回波信号，所述矢量形式的回波信号表示为：
[0067][0068]
其中，为矢量形式的回波信号，为第m个相位中心的离时域和方位频域的回波信号；
[0069]
步骤8.5、基于所述附加相位导向矢量得到空域滤波权矢量，第i个模糊方向对应的空域滤波权矢量表示为：
[0070]
wi＝k(fa)-1hi
[0071]
其中，wi为第i个模糊方向对应的空域滤波权矢量，hi＝[h-i
,
…
,h
l
,
…
,hi]
t
，h
l
＝i＝1，其余元素h
l≠i
＝0，k(fa)为导向矩阵；
[0072]
步骤8.6、基于所述空域滤波权矢量和所述矢量形式的回波信号得到所述解模糊后的信号。
[0073]
可选地，所述解模糊后的信号表示为：
[0074][0075]
其中，为解模糊后的信号，为距离时间，fa为多普勒分量，c为光速，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，为原点o处的距离时域和方位频域回波信号。
[0076]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0077]
本发明提出一种高速平台分布式多通道斜视sar信号重构方法，针对该模式下信号空时谱的空变非线性特点，提出了基于两步空变相位补偿的空时谱预处理操作得到解析的信号空时谱，最后利用改进的空域滤波器(即空域滤波权矢量)恢复无模糊频谱，该方法可以处理高速平台分布式多通道斜视sar信号，得到等效的高prf单一通道无模糊信号，进而通过单通道sar成像的方法得到场景的聚焦图像。
[0078]
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0079]
图1是本发明实施例提供的一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法的流程示意图；
[0080]
图2是本发明实施例提供的分布式多通道斜视sar信号重构方法流程示意图；
[0081]
图3是本发明实施例提供的一种分布式多通道斜视sar系统的信号模型示意图；
[0082]
图4是采用常规空域滤波方法对一个点目标的信号频谱重构结果图；
[0083]
图5是采用本发明实施例提供的分布式多通道斜视sar信号重构方法对一个点目标的信号频谱重构结果图；
[0084]
图6是对7
×
7个点目标的信号频谱重构结果对比图；
[0085]
图7是采用本发明实施例提供的分布式多通道斜视sar信号重构方法对7
×
7个点目标的成像结果图；
[0086]
图8是采用本发明实施例提供的分布式多通道斜视sar信号重构方法得到的点目标二维旁瓣性能图。
具体实施方式
[0087]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0088]
实施例一
[0089]
请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法的流程示意图，图2是本发明实施例提供的分布式多通道斜视sar信号重构方法流程示意图，本发明提供一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法，该重构方法包括：
[0090]
步骤1、多通道sar系统的中心通道向目标发射线性调频信号后，各通道接收回波信号后进行等效相位中心处理，得到距离时域和方位时域的目标信号。
[0091]
这里，首先介绍高速平台分布式多通道sar的信号模型，假设平台平行于地面沿直线飞行，速度恒定为v，以平台中心点在中心时刻的位置为原点o，以飞行方向为y轴建立直角坐标系，地面场景中第n个散射点的坐标为(xn,yn,zn)，在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角为θ0，如图3所示。对于一发多收的雷达构型，假设共有m个等效相位中心，其中第m个相位中心的坐标为(xm,ym,zm)，第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距为：
[0092][0093]
其中，rm(ta)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，ta表示沿方位向的慢时间，也即方位时间。
[0094]
假设雷达发射线性调频信号，则经过解调后，第m个相位中心接收的回波信号为：
[0095][0096]
其中，为距离时域和方位时域的目标信号，为快时间，也即距离时间，c为
光速，γ为调频率，λ为波长，σn为第n个散射点的后效散射系数，j为虚数。
[0097]
步骤2、对距离时域和方位时域的目标信号进行距离向的傅里叶变换，得到距离频域和方位时域的目标信号。
[0098]
步骤3、对距离频域和方位时域的目标信号进行距离向脉冲压缩，得到脉冲压缩后的信号。
[0099]
具体而言，对距离频域和方位时域的目标信号乘以匹配滤波参考函数，便可以实现距离向脉冲压缩，由于信号幅值对聚焦无影响，为表述方便仅保留相位项，则脉冲压缩后的信号可表示为：
[0100][0101]
其中，sm(fr,ta)为脉冲压缩后的信号，fr为距离频率，fc为载频，ym为第m个相位中心的方位向坐标。
[0102]
步骤4、对脉冲压缩后的信号依次进行走动校正处理和傅里叶变换，以得到第一二维频域回波信号。
[0103]
在本实施例中，在斜视模式下，多普勒中心频率随着距离频率而变化，导致额外的多普勒带宽，当斜视角较大时，总的多普勒带宽甚至超过m
×
prf，导致后续的频谱重构失效。通过在距离频域进行走动校正处理，可以使信号“斜视最小化”。
[0104]
在一个具体实施例中，步骤4可以包括：
[0105]
步骤4.1、对脉冲压缩后的信号进行走动校正处理，得到走动校正后的信号，在距离频域的走动校正后的信号表示为：
[0106][0107]
其中，s
1m_lrwc
(fr,ta)为走动校正后的信号。
[0108]
步骤4.2、对走动校正后的信号进行傅里叶变换，得到第三二维频域回波信号，第三二维频域回波信号表示为：
[0109][0110]
其中，s
2m_lrwc
(fr,fa)为第三二维频域回波信号，fa为方位频率，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，f
dc
为中心多普勒频率，f
dc
＝2vsin(θ0)/λ。
[0111]
在上式中代入原点o的坐标(xm,ym,zm)＝(0,0,0)，可得原点o处的回波信号s
o_lrwc
(fr,fa)。
[0112]
步骤4.3、基于(xm,ym,zm)＝(0,0,0)，根据第三二维频域回波信号得到第一二维频域回波信号。
[0113]
具体而言，在步骤4.2的第三二维频域回波信号中代入原点o的坐标(xm,ym,zm)＝(0,0,0)，可得原点o处的回波信号s
o_lrwc
(fr,fa)，因此第三二维频域回波信号可以用s
o_lrwc
(fr,fa)表示，即第一二维频域回波信号表示为：
[0114][0115]
其中，s
3m_lrwc
(fr,fa)为第一二维频域回波信号。
[0116]
步骤5、基于最近斜距的泰勒展开式和第一二维频域回波信号得到第二二维频域回波信号。
[0117]
在一个具体实施例中，步骤5可以包括：
[0118]
步骤5.1、对第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距在xm＝0、zm＝0处作泰勒展开，得到第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式，第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式表示为：
[0119][0120]
其中，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，r0为场景中心到原点o的最近斜距，第二项为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距与场景中心点到原点o的最近斜距之差，记为rm，o(xn,yn)为泰勒展开高次项，h为飞行高度。
[0121]
步骤5.2、基于第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式和第一二维频域回波信号，得到第二二维频域回波信号。
[0122]
具体而言，将r
bm
的泰勒展开式代入第一二维频域回波信号，即可得到第二二维频域回波信号，第二二维频域回波信号表示为：
[0123][0124]
其中，s
4m_lrwc
(fr,fa)为第二二维频域回波信号。
[0125]
步骤6、基于第二二维频域回波信号和非空变相位补偿函数得到非空变相位补偿后的回波信号。
[0126]
这里，对通道沿垂直航向分布导致的非空变相位进行补偿。
[0127]
在一个具体实施例中，步骤6可以包括：
[0128]
步骤6.1、将第二二维频域回波信号中的在fa＝0处作二阶泰勒展开，得到展开结果，展开结果表示为：
[0129]
[0130]
步骤6.2、基于展开结果，得到和
[0131]
具体而言，将展开结果中fa的一次项系数和二次项系数分别记为k1和k2，即和
[0132]
步骤6.3、基于和第二二维频域回波信号，得到第四二维频域回波信号。
[0133]
具体而言，将代入到第二二维频域回波信号中，得到第四二维频域回波信号，第四二维频域回波信号表示为：
[0134][0135]
其中，s
5m_lrwc
(fr,fa)为第四二维频域回波信号。
[0136]
步骤6.4、利用非空变相位补偿函数对第四二维频域回波信号进行非空变相位补偿，得到非空变相位补偿后的回波信号。
[0137]
这里，步骤6.3中的第二项为通道沿垂直航向分布导致的非空变相位，记为exp(jθ1(fr))，第五项为通道沿垂直航向分布导致的空变相位，记为
[0138]
在本实施例中，将第四二维频域回波信号乘以非空变相位补偿函数h
m1
(fr)，以对通道沿垂直航向分布导致的非空变相位进行补偿。
[0139]
这里，非空变相位补偿函数表示为：
[0140][0141]
因此，非空变相位补偿后的回波信号表示为：
[0142][0143]
其中，s
6m_lrwc
(fr,fa)为非空变相位补偿后的回波信号。
[0144]
步骤7、对非空变相位补偿后的回波信号沿垂直航向分布导致的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号。
[0145]
在一个具体实施例中，步骤7可以包括：
[0146]
步骤7.1、对非空变相位补偿后的回波信号做距离向傅立叶变换，得到变换后的回波信号。
[0147]
步骤7.2、对变换后的回波信号的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号。
[0148]
这里，空变相位可近似：
[0149][0150]
其中，rn为第n个散射点到原点o的最近斜距。
[0151]
因此，基于空变相位，可以得到空变相位补偿函数，空变相位补偿函数表示为：
[0152][0153]
在本实施例中，将变换后的回波信号乘以空变相位补偿函数，便可以对剩余空变相位进行补偿，对剩余空变相位进行补偿后，得到距离时域和方位频域的回波信号，该距离时域和方位频域的回波信号表示为：
[0154][0155]
其中，为距离时域和方位频域的回波信号。
[0156]
步骤8、基于距离时域和方位频域的回波信号中的附加相位得到的空域滤波权矢量和距离时域和方位频域的回波信号，得到解模糊后的信号，其中，附加相位是由于相位中心位置不同导致的。
[0157]
具体而言，通过空时谱的解析表达式对各多普勒通道进行空域滤波处理，进而得到等效高采样率的单通道无模糊信号。
[0158]
在一个具体实施例中，步骤8可以包括：
[0159]
步骤8.1、基于距离时域和方位频域的回波信号得到附加相位。
[0160]
具体而言，距离时域和方位频域的回波信号的表达式中的后两个相位项是由于相位中心位置不同导致的附加相位，因此，附加相位表示为：
[0161][0162]
其中，am(fa)为第m个相位中心的附加相位。
[0163]
步骤8.2、将所有相位中心的附加相位排列成附加相位导向矢量。
[0164]
具体而言，假设多普勒模糊数为2i+1，i为某一正整数，fa∈[-prf/2,prf/2]为模糊的基带多普勒频率，prf为脉冲重复频率，对于某一多普勒单元fa，将m个相位中心回波的附加相位排列成导向矢量，则附加相位导向矢量表示为：
[0165]
a(fa)＝[a1(fa),a2(fa),
…
,am(fa),
…
,am(fa)]
t
[0166]
其中，a(fa)为附加相位导向矢量，t为转置，m＝1,2，
…
，m。
[0167]
步骤8.3、将所有的附加相位导向矢量进行组合，得到导向矩阵。
[0168]
具体而言，将来自2i+1个多普勒模糊方向的导向矢量组合起来，得到导向矩阵，导向矩阵表示为：
[0169]
k(fa)＝[a(f
a-i
×
prf),
…
,a(fa),
…
,a(fa+i
×
prf)]
t
[0170]
其中，k(fa)为导向矩阵。
[0171]
步骤8.4、将所有的距离时域和方位频域的回波信号排列成矢量形式，得到矢量形
式的回波信号，矢量形式的回波信号表示为：
[0172][0173]
其中，为矢量形式的回波信号，为第m个相位中心的离时域和方位频域的回波信号；
[0174]
步骤8.5、基于附加相位导向矢量得到空域滤波权矢量，
[0175]
具体而言，假设i∈[-i,i]为模糊分量的索引，对于第i个多普勒模糊方向，假设空域滤波权矢量为令第i个多普勒模糊方向的输出为1，其余模糊方向输出为0，则有第i个模糊方向对应的空域滤波权矢量表示为：
[0176]
wi＝k(fa)-1hi
[0177]
其中，wi为第i个模糊方向对应的空域滤波权矢量，-1
表示矩阵的伪逆，hi＝[h-i
,
…
,h
l
,
…
,hi]
t
，h
l＝i
＝1，其余元素h
l≠i
＝0。
[0178]
步骤8.5、基于空域滤波权矢量和矢量形式的回波信号得到解模糊后的信号，解模糊后的信号表示为：
[0179][0180]
其中，为解模糊后的信号，fa为多普勒分量，fa＝fa+i
×
prf。
[0181]
因此，将索引值i从-i变化到i，分别求出对应的空域滤波权矢量wi，并将解模糊后的信号按编号依次排列，即可得到等效的无模糊单通道信号。
[0182]
本发明提出一种高速平台分布式多通道斜视sar信号重构方法，首先根据分布式多通道sar系统的特点，给出了精确的斜距模型，详细分析了通道间差异相位对信号空时谱造成的影响。然后，针对空变非线性的空时谱，提出了基于两步空变相位补偿的空时谱预处理操作。在此基础上，利用得到的解析空时谱表达式进行空域滤波操作，得到等效的高prf的单通道无模糊信号。
[0183]
下面通过仿真实验验证本发明信号重构方法的效果。
[0184]
1、仿真条件
[0185][0186][0187]
设置3个分布式通道，各通道的坐标分别为(0.094m,-0.24m,-0.096m)，(-0.03m,0m,0.06m)，(-0.05m,0.17m,-0.02m)。
[0188]
2、仿真内容和结果分析
[0189]
首先在斜视角为30
°
，斜距为170km处设置1个点目标，采用常规空域滤波方法对回波信号进行多普勒重构，结果如图4所示，可见重构信号频谱存在能量泄漏，模糊分量没有
得到完全抑制，会降低后续的sar成像聚焦质量。采用本发明所提方法的重构结果如图5所示，可见重构信号频谱不存在能量泄漏。
[0190]
在斜视角为30
°
，斜距为170km处设置7
×
7个点目标，场景宽度为7km
×
7km，当prf设置为9khz时，回波信号存在3倍多普勒模糊，采用常规空域滤波方法对回波信号进行多普勒重构，结果如图6中的左图所示，可见方位向仍然存在多普勒模糊。利用本发明所提方法的频谱重构结果如图6中的右图所示，地面bp成像结果如图7所示，点目标的二维旁瓣性能图如图8所示，可见点目标的聚焦效果良好，模糊分量的幅度被抑制在-30db以下，证明了本文所提分布式多通道斜视sar信号重构方法的有效性。
[0191]
本发明提出一种高速平台分布式多通道斜视sar信号重构方法，针对该模式下信号空时谱的空变非线性特点，提出了基于两步空变相位补偿的空时谱预处理操作得到解析的信号空时谱，最后利用改进的空域滤波器恢复无模糊频谱，该方法可以处理高速平台分布式多通道斜视sar信号，得到等效的高prf单一通道无模糊信号，进而通过单通道sar成像的方法得到场景的聚焦图像。
[0192]
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0193]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0194]
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图以及公开内容，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在说明书中，“包括”一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0195]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高速平台分布式多通道斜视sar信号的重构方法，其特征在于，所述重构方法包括：步骤1、多通道sar系统的中心通道向目标发射线性调频信号后，各通道接收回波信号后进行等效相位中心处理，得到距离时域和方位时域的目标信号；步骤2、对所述距离时域和方位时域的目标信号进行距离向的傅里叶变换，得到距离频域和方位时域的目标信号；步骤3、对所述距离频域和方位时域的目标信号进行距离向脉冲压缩，得到脉冲压缩后的信号；步骤4、对所述脉冲压缩后的信号依次进行走动校正处理和傅里叶变换，以得到第一二维频域回波信号；步骤5、基于最近斜距的泰勒展开式和所述第一二维频域回波信号得到第二二维频域回波信号；步骤6、基于所述第二二维频域回波信号和非空变相位补偿函数得到非空变相位补偿后的回波信号；步骤7、对所述非空变相位补偿后的回波信号沿垂直航向分布导致的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号；步骤8、基于所述距离时域和方位频域的回波信号中的附加相位得到的空域滤波权矢量和所述距离时域和方位频域的回波信号，得到解模糊后的信号，其中，所述附加相位是由于相位中心位置不同导致的。2.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，第m个相位中心的所述距离时域和方位时域的目标信号表示为：其中，为距离时域和方位时域的目标信号，为距离时间，t
a
为方位时间，σ
n
为第n个散射点的后效散射系数，γ为调频率，j为虚数，c为光速，λ为波长，r
m
(t
a
)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距。3.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，所述脉冲压缩后的信号表示为：其中，s
m
(f
r
,t
a
)为脉冲压缩后的信号，t
a
为方位时间，f
r
为距离频率，j为虚数，f
c
为载频，c为光速，y
m
为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，σ
n
为第n个散射点的后效散射系数，r
m
(t
a
)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距。4.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1、对所述脉冲压缩后的信号进行走动校正处理，得到走动校正后的信号，走动校正后的信号表示为：
其中，s
1m_lrwc
(f
r
,t
a
)为走动校正后的信号，t
a
为方位时间，f
r
为距离频率，j为虚数，f
c
为载频，c为光速，y
m
为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，σ
n
为第n个散射点的后效散射系数，r
m
(t
a
)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，v为速度；步骤4.2、对所述走动校正后的信号进行傅里叶变换，得到第三二维频域回波信号，所述第三二维频域回波信号表示为：其中，s
2m_lrwc
(f
r
,f
a
)为第三二维频域回波信号，f
a
为方位频率，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，f
dc
为中心多普勒频率，y
n
为第n个散射点的方位坐标；步骤4.3、基于(x
m
,y
m
,z
m
)＝(0,0,0)，根据所述第三二维频域回波信号得到所述第一二维频域回波信号，所述第一二维频域回波信号表示为：其中，s
3m_lrwc
(f
r
,f
a
)为第一二维频域回波信号，s
o_lrwc
(f
r
,f
a
)为原点o处的距离频域和方位频域回波信号，x
n
和z
n
为第n个散射点的x轴方向和z轴方向的坐标，(x
m
,y
m
,z
m
)为第m个相位中心的坐标。5.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，所述步骤5包括：步骤5.1、对第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距在x
m
＝0、z
m
＝0处作泰勒展开，得到第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式，所述第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式表示为：其中，r
bm
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距，(x
n
,y
n
,z
n
)为第n个散射点的坐标，(x
m
,y
m
,z
m
)为第m个相位中心的坐标，h为飞行高度，r0为场景中心到原点o的最近斜距，o(x
n
,y
n
)为泰勒展开高次项；步骤5.2、基于所述第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距的泰勒展开式和所述第一二维频域回波信号，得到第二二维频域回波信号，所述第二二维频域回波信号表示为：
其中，s
4m_lrwc
(f
r
,f
a
)为第二二维频域回波信号，s
o_lrwc
(f
r
,f
a
)为原点o处的回波信号，f
r
为距离频率，f
a
为方位频率，j为虚数，v为速度，y
m
为第m个相位中心的方位向坐标，f
c
为载频，c为光速，f
dc
为中心多普勒频率，r
m
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距与场景中心点到原点o的最近斜距之差，o(x
n
,y
n
)为泰勒展开高次项。6.根据权利要求5所述的重构方法，其特征在于，所述步骤6包括：步骤6.1、将所述第二二维频域回波信号中的在f
a
＝0处作二阶泰勒展开，得到展开结果，所述展开结果表示为：其中，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，λ为波长；步骤6.2、基于所述展开结果，得到和步骤6.3、基于和所述第二二维频域回波信号，得到第四二维频域回波信号，所述第四二维频域回波信号表示为：其中，s
5m_lrwc
(f
r
,f
a
)为第四二维频域回波信号；步骤6.4、利用所述非空变相位补偿函数对所述第四二维频域回波信号进行非空变相位补偿，得到所述非空变相位补偿后的回波信号。7.根据权利要求6所述的重构方法，其特征在于，所述非空变相位补偿函数表示为：其中，h
m1
(f
r
)为非空变相位补偿函数；所述非空变相位补偿后的回波信号表示为：
其中，s
6m_lrwc
(f
r
,f
a
)为非空变相位补偿后的回波信号。8.根据权利要求7所述的重构方法，其特征在于，所述步骤7包括：步骤7.1、对所述非空变相位补偿后的回波信号做距离向傅立叶变换，得到变换后的回波信号；步骤7.2、对所述变换后的回波信号的空变相位进行补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号，所述距离时域和方位频域的回波信号表示为：其中，为距离时域和方位频域的回波信号，为距离时间，r
m
(t
a
)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，为原点o处的距离时域和方位频域回波信号。9.根据权利要求1所述的重构方法，其特征在于，所述步骤8包括：步骤8.1、基于所述距离时域和方位频域的回波信号得到所述附加相位，所述附加相位表示为：其中，a
m
(f
a
)为第m个相位中心的附加相位，f
a
为方位频率，j为虚数，v为速度，y
m
为第m个相位中心的方位向坐标，θ0为在成像中心时刻平台到场景中心的斜视角，λ为波长，r
m
为第n个散射点到第m个相位中心的最近斜距与场景中心点到原点o的最近斜距之差；步骤8.2、将所有相位中心的附加相位排列成附加相位导向矢量，所述附加相位导向矢量表示为：a(f
a
)＝[a1(f
a
),a2(f
a
),
…
,a
m
(f
a
),
…
,a
m
(f
a
)]
t
其中，a(f
a
)为附加相位导向矢量，t为转置，m＝1,2，
…
，m；步骤8.3、将所有的附加相位导向矢量进行组合，得到导向矩阵；步骤8.4、将所有的所述距离时域和方位频域的回波信号排列成矢量形式，得到矢量形式的回波信号，所述矢量形式的回波信号表示为：其中，为矢量形式的回波信号，为第m个相位中心的离时域和方位频域的回波信号；步骤8.5、基于所述附加相位导向矢量得到空域滤波权矢量，第i个模糊方向对应的空
域滤波权矢量表示为：w
i
＝k(f
a
)-1
h
i
其中，w
i
为第i个模糊方向对应的空域滤波权矢量，h
i
＝[h-i
,
…
,h
l
,
…
,h
i
]
t
，h
l
＝
i
＝1，其余元素h
l≠i
＝0，k(f
a
)为导向矩阵；步骤8.6、基于所述空域滤波权矢量和所述矢量形式的回波信号得到所述解模糊后的信号。10.根据权利要求9所述的重构方法，其特征在于，所述解模糊后的信号表示为：其中，为解模糊后的信号，为距离时间，f
a
为多普勒分量，c为光速，r
m
(t
a
)为第n个散射点到第m个相位中心的瞬时斜距，为原点o处的距离时域和方位频域回波信号。

技术总结
本发明公开了一种高速平台分布式多通道斜视SAR信号的重构方法，包括：获取距离时域和方位时域的目标信号；对距离时域和方位时域的目标信号进行傅里叶变换和距离向脉冲压缩，得到脉冲压缩后的信号；对脉冲压缩后的信号依次进行走动校正处理和傅里叶变换，得到第一二维频域回波信号；基于第一二维频域回波信号得到第二二维频域回波信号；基于第二二维频域回波信号得到非空变相位补偿后的回波信号；对非空变相位补偿后的回波信号进行空变相位补偿，得到距离时域和方位频域的回波信号；基于距离时域和方位频域的回波信号得到解模糊后的信号。本发明的重构方法可以处理高速平台分布式多通道斜视SAR信号，得到等效的高PRF单一通道无模糊信号。模糊信号。模糊信号。


技术研发人员：邢孟道 胡伟津 李宁
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/10/20