一種非勻速太赫茲雷達(dá)平臺(tái)sar成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)，具體涉及一種太赫茲雷達(dá)平臺(tái)在非勻速運(yùn)動(dòng)情況下的 合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)(SAR)利用雷達(dá)信號(hào)的大帶寬技術(shù)和雷達(dá)運(yùn)動(dòng)形成的大孔徑實(shí)現(xiàn)距 離向和方位向的高分辨成像。SAR成像具有全天時(shí)、全天候的區(qū)域檢測成像能力，在軍事和 民用方面上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。太赫茲波相比傳統(tǒng)的X波段，L波段等的電磁波具有 更高的頻率和更大的帶寬，將太赫茲應(yīng)用于SAR成像，可以有效提高雷達(dá)成像的分辨率，實(shí) 現(xiàn)對(duì)微小目標(biāo)的成像。另外，太赫茲波能夠穿透許多非導(dǎo)電材料，有利于對(duì)隱蔽目標(biāo)的探測 成像，在軍事探測和安檢等方面具有很大的應(yīng)用潛力。
[0003] 在SAR成像處理技術(shù)中，通常將回波數(shù)據(jù)變換到頻域或波數(shù)域進(jìn)行處理，因此對(duì)回 波數(shù)據(jù)做傅立葉變換是成像操作的重要步驟。傳統(tǒng)的傅立葉變換對(duì)數(shù)據(jù)采樣具有嚴(yán)格的要 求，即數(shù)據(jù)必須在方位向位置上均勻采樣。然而，由于外界因素的影響，雷達(dá)平臺(tái)不能按照 理想的軌跡運(yùn)動(dòng)，采集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)軌跡上的偏差，此時(shí)在方位向上時(shí)間均勻的采樣就會(huì) 導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集位置的不均勻，如果仍直接進(jìn)行傅立葉變換操作，回波信號(hào)在方位向的頻域 就會(huì)出現(xiàn)偏差，最終導(dǎo)致成像結(jié)果在方位向出現(xiàn)散焦。
[0004]目前常用的方法是采用自聚焦算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。自聚焦算法的一種是在成像過 程中估計(jì)方位向多普勒調(diào)頻率，通過估計(jì)得到的多普勒調(diào)頻率調(diào)整方位向參考函數(shù)，從而 得到更好的方位向聚焦效果。另一種是基于圖像的自聚焦算法，這類算法在復(fù)圖像域估計(jì) 方位向的相位誤差，然后再進(jìn)行補(bǔ)償校正。自聚焦算法的缺點(diǎn)是往往需要通過一定的迭代 計(jì)算得到多普勒調(diào)頻率或者相位誤差，影響成像計(jì)算效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述存在問題或不足，本發(fā)明提供了一種非勻速太赫茲雷達(dá)平臺(tái)SAR成像方 法。該方法的基本思想是通過回波數(shù)據(jù)估計(jì)出雷達(dá)非勻速運(yùn)動(dòng)情況下的采樣位置，利用非 均勻傅立葉變換將數(shù)據(jù)的方位向變換到頻域，然后進(jìn)行stolt插值，最后由二維傅立葉反變 換得到成像結(jié)果。
[0006] 該非勻速太赫茲雷達(dá)平臺(tái)SAR成像方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1:雷達(dá)發(fā)射太赫茲頻段0.1 THz~10THZ線性調(diào)頻信號(hào)
[0008]
[0009] 其中，τ為快時(shí)間，t為慢時(shí)間，TP為脈沖寬度，f。為中心頻率，選取在太赫茲頻段，γ 為調(diào)頻斜率，_/ =_ 表不虛數(shù)單位。
[0010] 點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)為(Xp，yp，〇)，在慢時(shí)間時(shí)刻t，雷達(dá)的位置為(Xa(t)，0，h )，其中方位向 坐標(biāo)X., (Ο = ν'/ + .?(小v為理想狀態(tài)下的雷達(dá)速度，f的為雷達(dá)速度不均勻?qū)е碌奈恢闷?離;則t時(shí)刻，點(diǎn)目標(biāo)與雷達(dá)的瞬時(shí)距離R(t)為
[0011]
[0012] 雷達(dá)接收到的回波信號(hào)為
[0013]
[0014] 以雷達(dá)運(yùn)動(dòng)軌跡與場景中心的垂直距離作為參考距離Rref，做去調(diào)頻處理，輸出信 號(hào)為
[0015]
[0016] 其中AR = R(t)_Rrrf，式中相位項(xiàng)^(Δ/?)2是去調(diào)頻處理產(chǎn)生的剩余視頻相位， 在距離壓縮前將其去除。
[0017] 對(duì)去除剩余視頻相位后的信號(hào)做距離向傅立葉變換，實(shí)現(xiàn)距離向的壓縮，得到在 距離頻域上各目標(biāo)的Sine狀脈沖信號(hào)。
[0018]步驟2:通過回波信號(hào)計(jì)算雷達(dá)在方位向各個(gè)采樣時(shí)刻的位置 [0019]對(duì)步驟1中距離向傅立葉變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行截取，獲得特顯點(diǎn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)矩 陣，對(duì)所得數(shù)據(jù)矩陣在一個(gè)方位向上搜索，得到該方位向上的最大值以及最大值對(duì)應(yīng)的位 置，對(duì)每個(gè)方位向重復(fù)以上搜索得到所有方位向上的最大值和其對(duì)應(yīng)的位置。
[0020] 由上述位置信息得到點(diǎn)目標(biāo)與雷達(dá)的瞬時(shí)距離取其最小值為點(diǎn)目標(biāo)與雷達(dá) 的最近距離及min =minp(〇卜由公式
[0021]
[0022] 計(jì)算出每個(gè)方位向采樣時(shí)刻(to，ti，…，tN)對(duì)應(yīng)的方位向位置，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的采 樣序列號(hào)k
[0023]
[0024] 步驟3:基于步驟2得到的采樣序列號(hào)，對(duì)步驟1中得到的信號(hào)數(shù)據(jù)x(c)做方位向， 即慢時(shí)間域的非均勻傅立葉變換，得到方位向頻域均勻分布的信號(hào)，〇 = -Ν/2，···，Ν/2_1表 示方位向序列號(hào)。
[0025] 步驟3-1:構(gòu)造矩陣
[0026]
[0027] 其中，N為方位向數(shù)據(jù)長度，ω =e0/m%為信號(hào)過采樣率，q為插值點(diǎn)數(shù)。
[0028] 構(gòu)造向
其中{mk} =mk-[mk]，[mk]是mk的整數(shù)部分，η = 0，."，q〇 π-c
[0029] s。為定標(biāo)因子，取余弦定標(biāo)因子，即& = COS'-。 Nm.
[0030] 由方程組Fzn(k)=an(k)，求得在不同采樣位置k處對(duì)應(yīng)的q+1個(gè)插值系數(shù)zn(k)。
[0031] 步驟3-2:對(duì)方位向數(shù)據(jù)x(c)，由公式終=計(jì)算傅立葉變換系數(shù) c,n,[mk^-c=l 約，再利用快速傅立葉變換方法計(jì)算
[0032]
[0033] 通過定標(biāo)因子進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，得到方位向頻域數(shù)據(jù)
[0034]
[0035]通過以上變換將回波信號(hào)的方位向變換到頻域，即得到回波信號(hào)在方位向的頻域 形式。
[0036]步驟4:信號(hào)做ST0LT插值處理并進(jìn)行二維傅立葉反變換得到SAR圖像；
[0037] 將步驟3得到的數(shù)據(jù)在對(duì)應(yīng)的波數(shù)域分布為(Kx，KR)域，其中，Kx表示方位向波數(shù)， KR表示目標(biāo)與雷達(dá)的視線波數(shù)，二者并非垂直關(guān)系，stolt變換公式為
[0038]
[0039] 通過距離向sine插值即可得到變換結(jié)果S(Kx，Ky)。
[0040] 步驟5:將步驟4中的結(jié)果S(Kx，Ky)做二維逆傅立葉變換，即得到最終的成像結(jié)果。
[0041] 本發(fā)明通過將由非均勻傅立葉變換將方位向采樣