[发明专利]基于非均匀采样的DPC-MAB SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非均匀采样的DPC-MAB SAR成像方法，属于合成孔径雷达（SAR）信号处理领域。 

背景技术

合成孔径雷达（SAR）是一种重要的可全天时、全天候作业的成像系统。它通过距离向的脉冲压缩和方位向合成孔径处理来实现二维高分辨成像，已广泛用于战场侦查、精确制导、资源探测、地形测绘和灾情监控等诸多军用和民用领域。对于常规SAR，高分辨率与宽测绘带相矛盾，二者难以同时实现。多相位中心方位向多波束（DPC-MAB）模式SAR通过在方位向采用一发多收的方式可有效解决高分辨率和宽测绘带之间的矛盾，但严格限制了对脉冲重复频率（PRF）的选择。当PRF=2V_a/(M·d)时才能保证各波束方位向回波信号组合后为均匀采样信号，其中M为方位向子天线数，V_a为平台速度，d为子天线相位中心间距。实际中系统的PRF往往会偏离该理论值，这时组合后的方位向信号为周期非均匀采样信号，直接成像将会导致方位向上出现虚假目标，影响SAR成像质量。因此，基于非均匀采样的成像方法是DPC-MAB SAR数据处理的重点。 

传统的DPC-MAB SAR的成像方法首先利用现有的重构方法实现方位向均匀采样信号的重构，然后再使用经典的成像方式进行成像处理。目前已有的基于周期非均匀采样信号的信号重构方法可大体分为两类：时域重构和频域重构。时域重构方法利用非均匀采样重构均匀采样信号，而频域重构方法则重构均匀采样信号的频谱。这两类信号重构方法均能很好地重构方位向的均匀信号，消除方位向多普勒频谱的混叠，从而有效去除成像结果中的虚假目标。然而，这种传统的DPC-MAB SAR成像方法在重构的均匀采样信号满足纳奎斯特采样率的情况下才能实现目标的准确成像，在欠采样的情况则不能有效消除虚假目标。 

为了解决实际中可能面临的欠采样问题，因此有必要研究低采样率情况下的DPC-MAB SAR的成像实现。分数阶傅里叶变换（fractional Fourier transform,FRFT）是一种近年来在信号处理界引起广泛关注的数学工具。作为傅里叶变换 （Fourier Transform，FT）的一种广义形式，它比传统FT多了一个自由参量，适用于处理非平稳信号。FRFT可以理解为chirp基分解，它对chirp信号具有很好的聚集性，对分析和处理chirp类信号具有更大的优势。而在SAR系统中发射的信号一般为chirp信号，利用这一特点，并且考虑到FRFT的相位调制乘积项对于SAR成像结果的幅值没有影响，因此本发明利用简化的分数阶傅里叶变换（SFRFT）来实现基于非均匀采样的DPC-MAB SAR成像。 

发明内容

本发明针对DPC-MAB SAR面临的方位向周期非均匀采样信号这一问题，提出了一种新型的基于简化分数阶傅里叶变换的DPC-MAB SAR成像方法，该方法在重构的均匀采样信号满足纳奎斯特采样率的情况和欠采样率的情况均能有效实现目标的准确成像。 

本发明所述的一种基于非均匀采样的DPC-MAB SAR成像方法，包括如下步骤： 

步骤1：DPC-MAB SAR系统接收来自各方位向子天线的M个通道的回波数据，其中每个通道的距离向采样点数为N_r，方位向采样点数为N_a，即每个通道的回波数据为N_a×N_r的矩阵；将M个通道的回波数据进行组合，组合后的回波数据[X_r]的距离向采样点数仍为N_r，方位向采样点数为L=MN_a，即组合后的回波数据为L×N_r的矩阵[X_r]，该矩阵的第1行至第M行分别对应通道1至通道M回波数据矩阵的第一行，该矩阵的第(M+1)行至第2M行分别对应通道1至通道M回波数据矩阵的第2行，以此类推，该矩阵的第((N_a-1)M+1)行至第N_aM行分别对应通道1至通道M回波数据矩阵的第N_a行； 

步骤2：组合后的回波数据[X_r]等效为常规单通道SAR回波数据，对该等效回波数据[X_r]进行距离向的脉冲压缩，得到矩阵[X_r1]； 

步骤3：确定等效回波数据[X_r]的方位向周期非均匀采样的L个时间点的集合{t_n}：