[发明专利]基于高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种合成孔径雷达SAR成像方法，可用于高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR对地面场景实现二维成像。

背景技术

高超声速飞行器是近年来各国研究的热点，美、俄、法、德、日、印度等国都在进行这方面的研究。高超声速飞行器飞行速度可达5-10马赫，可实现2小时全球打击，具有极高的应用潜力。高超声速飞行器载体的雷达成像更是具有极高的研究价值，而前斜视SAR成像是高超声速飞行器成像的重要模式。

由于高超声速飞行器的高飞行速度和前斜视成像，会造成SAR回波信号出现非常大的距离徙动，并且距离向和方位向存在严重的耦合；同时由于高速度使得回波信号具有较大的多普勒带宽，这将带来方位向多普勒混叠问题，需要较高的脉冲重复频率；此外由于高超声速平台飞行在临近空间，飞行高度往往在20-30km，雷达到目标距离较远，使得地面测绘带距离向较宽，造成距离模糊，抑制距离模糊需要较小的脉冲重复频率。

目前可用于前斜视成像的算法主要有以下三种：

第一种方法，非线性频变标算法，如Guangcai Sun，Xiuwei Jiang，Mengdao Xing，Zhijun Qiao，Yirong Wu，Zheng Bao在论文“Focus improvement of highly squinted data based on azimuth nonlinear scaling”(IEEE transaction on geoscience and remote sensing VOL49，O6，JUNE2011.)提出的一种方位非线性频变标ANCS 算法，这种算法考虑了距离调频率的多普勒空变性和距离空变性，能够对前斜视角大场景精准成像，但是算法高度复杂，算法运算量很大，且只能用于非实时成像，对于实时性要求很高的高超声速平台是很不适合的。

第二种方法，去耦合的拓展调频变标EFSA算法，如刘高高，张林让，刘楠，刘昕，张波，陈广锋在论文“高超声速飞行器成像算法研究”(《西安电子科技大学学报(自然科学版)2012，39(5)：93-100)提出的一种去耦合的拓展调频变标EFSA算法，该算法参考了弹载调频连续波成像模型，能在较大前斜视角下解耦合并无失真高精度成像，文献仿真结果表明在前斜视角为50°以上时能进行良好成像处理，但是并没有考虑前斜视角进一步减小时带来的调频率空变性问题，在前斜视角更小时，算法性能严重下降，成像效果变差。

第三种方法，基于时域校正距离走动的线性频变标算法，如吴勇，宋红军，彭靳在论文“基于时域去走动的SAR大斜视CS成像算法”(《电子与信息学报》2010，32(3)：593-598)提出的一种基于时域去走动的线性变标CS算法，该算法能对前斜视大场景进行良好的成像，但是该算法并没有考虑高速度与前斜视角情况下方位调频率的空变性，导致在高速前斜视情况下方位向聚焦畸变，点目标成像效果变差，面目标几乎不能成像。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，根据高超声速飞行器SAR平台的运动特点，提出一种基于高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR成像方法，以提高成像质量，实现在高超声速平台条件下，前斜视角可达30°的SAR成像，而且要保证成像的实时性。

实现本发明的技术方案是：对高超声速平台前斜视SAR回波数据，首先通过时域校正距离走动处理，获得正交二维谱，削弱距离徙动的空变性和调频率的空变性以及对三次及以上耦合相位项的影响；再在正交二维谱的条件下，采用新的线性调频变标算法，精确的构造距离徙动补偿函数，分别在距离维与方位维进行成像处理；最后进行图像几何形变校正，进而得到精准成像。具体步骤包括如下：

(1)根据高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR回波录取模型，获得雷达回波信号，并对该回波信号进行下变频处理，得到基带雷达回波信号S₀；

(2)对基带雷达回波信号S₀进行时域校正距离走动处理，得到时域校正距离走动后的二维时域信号S₃；

(3)对时域校正距离走动后的二维信号S₃进行距离线性频变标处理，得到二维频域信号S₅和剩余相位因子Δ(f_a，R，R₀)；

(4)对二维频域信号S₅进行距离向处理，得到距离脉冲压缩信号S₆；

(5)对距离脉冲压缩信号进行方位向处理：