[发明专利]一种基于快速BP算法的旋转扫描地基SAR高精度成像方案

说明书

本发明涉及旋转扫描地基SAR与快速BP算法结合，公开了一种基于快速BP算法的旋转扫描地基SAR高精度成像方案。方案中首先根据网格化的高程辅助数据计算方位向相位历程函数与发生跨分辨单元移动所需要的脉冲周期数并分别以三维数组的形式存储于数据文件中；其次，通过弧线旋转扫描录取监测区域的回波信号采样数据，对于每个调制周期，对数据采用FFT进行频谱分析并对频谱进行移位整理，得到频谱；对于每个像素点，在方位向进行相干累积以及跨分辨单元距离徒动校正处理，最终得到监测区域的弧线SAR图像。本发明中快速BP算法有较低的运算量和存储量，在大距离徒动的情况下有良好的适应，结合旋转扫描SAR能在一次观测中覆盖周边360度大范围场景，具有高效，更广泛的应用。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于快速BP算法的旋转扫描地基SAR高精度成像方案。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨雷达，在距离向利用脉冲压缩技术，方位向利用合成孔径技术，从而得到目标的高分辨率图像。它能够全天时全天候的进行对地观测，且在特定频率下能够穿透地表和植被获得地表下的信息，因此在地质勘测，遥感成像与形变探测，目标识别等领域有着广泛的应用。地基合成孔径雷达(ground-based syntheticaperture radar，GB-SAR)综合了SAR成像原理与电磁波干涉技术，利用传感器的系统参数，姿态参数和轨道之间的几何关系等精确测量地表某一点的空间位置及微小变化，可以探测毫米级甚至亚毫米级的地表形变。其监测精度高，重访周期短，可以实现对一个固定区域的连续重复观测，实时反馈监测信息，维护成本相对较低。

传统GBSAR系统的雷达天线沿直线轨道运动从而对监测场景进行扫描。这种系统在实际应用中暴露出一定的技术局限性，主要表现为视场范围较小，不能在一次观测中覆盖周围大范围的场景。一种新的GBSAR观测模式旋转扫描地基SAR(Arc SAR)系统应运而生，旋转扫描地基SAR的合成孔径通过附在旋臂末端的天线旋转生成，它以雷达平台的旋转方向作为方位向，以平台旋转方向的径向方向作为距离向。在保证高分辨率成像的前提下，旋转扫描地基SAR系统能够在一次观测中覆盖周边360度大范围场景，这有效提升了雷达系统的视场范围。

尽管近年来Arc SAR的可行性及独特优势已经被验证，其成像算法依然存在亟待解决的问题，Arc SAR雷达天线是沿弧形轨迹对场景扫描，这种扫描方式会增加成像的实现难度，因此需要就针对旋转扫描地基SAR系统成像算法展开研究。

后向投影(BP)算法是一种精确的时域算法，其本质是天线相位阵列沿特定方向进行波束形成。在距离压缩—方位时域，BP算法沿斜距历程对成像网格上个像素点进行重建，理想地解决了距离—方位耦合问题。BP算法具有精确运动补偿的能力，适用于任意航迹，任意大小的带宽和积累角等成像条件下的图像聚焦。其不存在平面波前假设，对成像场景的范围没有限制，且聚焦的图像没有几何失真，所以BP算法无需图像聚焦后的空变滤波处理和基于插值的距离弯曲校正。但相比于其他算法，BP算法的运算复杂度极大，这极大限制了BP算法在大数据规模的成像场合的实时应用。因此，研究如何减小BP算法的运算量具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供了一种基于快速BP算法的旋转扫描地基SAR高精度成像方案。本发明要解决的问题通过以下技术方案实现：

一种基于快速BP算法的旋转扫描地基SAR高精度成像方案，其特征在于，包括如下步骤：

(1)事先根据网格化的高格辅助数据H(m_s,n)计算方位向相位历程函数A(m_s,n；m')＝exp[jΦ(m_s,n；m')]，发生跨分辨单元移动所需要的脉冲周期数m₀(m_s,n)，并分别以三维数组的形式存储于数据文件中；

(2)通过弧线旋转扫描录取监测区域的回波信号采样数据y(m,k)；