[发明专利]一种地球同步轨道圆迹SAR水平面二维旁瓣抑制方法

说明书

本发明公开了一种地球同步轨道圆迹SAR水平面二维旁瓣抑制方法，属于合成孔径雷达(SAR)信号处理领域。该方法基于地球同步轨道圆迹SAR三维成像目标响应函数的特点，在共焦算法的基础上，通过总体最小二乘迭代法得到二维旁瓣抑制滤波函数，从而对地球同步轨道圆迹SAR水平面二维高旁瓣进行抑制。此旁瓣抑制方法在不损失分辨率的情况下，有效地减小地球同步轨道圆迹SAR二维水平高旁瓣(使得峰值旁瓣比从‑7.9dB降到‑20dB左右，积分旁瓣比从‑4.79dB降到‑20dB左右)，提高了地球同步轨道圆迹SAR的成像和干涉性能。

技术领域

本发明涉及一种星载三维成像SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)图像在二维水平面上的旁瓣抑制方法，属于雷达成像及干涉技术领域。

背景技术

常规SAR沿直线轨迹运动，通过多普勒波束锐化和脉冲压缩获得观测对象沿传感器运动方向和传感器视线方向上的二维高分辨斜距图像。近年来，反恐、探地、侦察、医疗检测等领域提出了对观测目标实现高分辨率三维成像的要求。干涉SAR(InterferometricSAR，InSAR)通过多个天线观测得到的复图像进行干涉处理，获取目标的高程信息，但无法实现对观测对象的高程分辨。圆迹SAR(Circular SAR，CSAR)通过控制平台绕目标区域旋转一周，波束始终照射目标区域来获取目标的三维信息。与常规SAR模式相比，CSAR模式具有分辨率高、可以获取三维信息等优势，在军事或民用应用，如军事侦查、安检、灾害检测、生物医学等领域都有广阔的应用前景。通过设计的一定的轨道参数，如轨道偏心率、倾角，可使同步轨道卫星轨迹为圆形，这就使得地球同步轨道圆迹SAR(Geosynchronous CircularSAR,GEOCSAR)成为可能。将CSAR模式应用到地球同步轨道卫星上，使得地球同步轨道圆迹SAR结合了同步轨道SAR和CSAR的特点，从而具有覆盖区域大、水平分辨率高、可获得三维信息、对目标区域实现连续监测，并可能获取高精度三维形变信息等优势。

地球同步轨道圆迹SAR无高度模糊，但其水平面旁瓣非常高。常规SAR的斜距向和方位向目标相应函数均为sinc函数形式，旁瓣相对较小，通常情况下峰值旁瓣比为-13.5dB。地球同步轨道圆迹SAR绕目标区域旋转一周，其高程分辨率是SAR斜距分辨率在垂直方向的投影，高度向目标响应函数为sinc函数形式，而二维水平分辨率由沿着圆周轨迹的0-360度方位采样提供，其水平面二维响应函数为贝塞尔(Bessel)函数形式。对于360°全孔径成像的地球同步轨道圆迹SAR，它的水平二维响应函数近似为零阶Bessel函数，其旁瓣非常高，峰值旁瓣比近似为-7.9dB。如此高的旁瓣将大大降低目标的目视判读及后期处理。除此以外，地球同步轨道圆迹SAR很大的一个优势是可能利用对同一区域不同时间获取的高分辨率三维图像进行干涉处理获取三维形变信息。如此高的旁瓣将大大降低地球同步轨道圆迹SAR干涉中的空间基线相干性和配准相干性，从而极大地影响干涉性能，甚至使得SAR干涉图完全去相干，以至于GEOCSAR的干涉应用将大受限制。

现有的旁瓣抑制技术主要针对常规二维斜面成像的SAR模式，主要分为两大类：其一是线性加权技术，如频率域的直接加窗处理，这容易导致主瓣展宽；另一是非线性处理技术，如近些年研究较多的空间变迹法SVA和自适应旁瓣抑制技术，它们在抑制旁瓣的基础上尽量保持不降低图像分辨率。Carlos Castillo-Rubio等人在论文“Robust SVA methodfor every sampling rate condition”中提出针对任意采样率的一维和二维空间变迹技术，并证明其有效性及在目标检测方面上的应用。但目前的旁瓣抑制方法主要针对距离向和方位向系统响应函数均为sinc函数形式的常规SAR。与常规SAR模式不同，地球同步轨道圆迹SAR可实现三维成像，水平面二维脉冲响应函数为Bessel函数形式，且水平面x，y维互相耦合，因此现有的旁瓣抑制技术不能直接用于地球同步轨道圆迹SAR的水平面高旁瓣抑制。相对于sinc函数形式，零阶Bessel函数形式的系统响应函数旁瓣更高，使得地球同步轨道圆迹SAR模式的成像和干涉应用受到一定限制，因此，研究针对地球同步轨道圆迹SAR特点的水平面二维旁瓣抑制技术是非常有必要的。