1.一种基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,对于每幅SAR图像取M个脉冲的回波数据,计算每个距离门的相关系数,并求取每个距离门所对应的多普勒中心频率,将所有距离门对应的多普勒中心频率从小到大进行排序,取中间值作为多普勒中心频率的估计,根据模糊倍数,得到最终的多普勒中心频率的估计值;
步骤2,将回波数据变换到距离频域,利用最终的多普勒中心频率的估计值及惯导斜视角信息,进行运动补偿处理,将运动补偿处理结果与参考函数相乘得到匹配滤波后的数据,并转换为矩形格式数据;
步骤3,对步骤2得到的矩形格式数据进行距离重采样,得到距离重采样后的信号数据;
步骤4,对距离重采样后的信号数据进行方位重采样,得到方位重采样后的信号数据;
步骤5,对方位重采样后的信号数据做逆傅里叶变换IFFT,在结果中截取部分图像数据,通过自聚焦处理方法,估计相位误差,补偿到整个图像数据,完成空不变运动补偿;
步骤6,将整个图像数据划分为多个子块图像数据,对子块图像数据采用移位自聚焦处理方法进行相位误差估计,将各个子块图像数据估计的相位误差进行拼接,得到整个图像的误差估计,并补偿到整个图像数据中,完成空变运动补偿;
步骤7,对经步骤6处理得到的各子块图像进行几何失真校正;
步骤8,对经几何失真校正得到的各子块图像进行拼接,得到最终的成像结果。
2.根据权利要求1所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤1的具体过程如下:
1.1,对于第1幅SAR图像采用回波数据最前面的M个脉冲进行估计,从第2幅SAR图像开始,采用上一幅图像的最后M个脉冲来估计当前图像的多普勒中心频率,计算每个距离门的相关系数,第n个距离门所对应的相关系数cn为:其中,x(n,m)、x(n,m+1)均为回波数据,m为每幅图所取脉冲所对应的脉冲序号,n为距离门序号,N为回波数据的距离门数;
1.2,计算第n个距离门的多普勒中心频率fdc(n):其中,fr为距离向采样频率,angle表示求角度;对所有的fdc(n)从小到大进行排序,取中间值作为多普勒中心频率的估计fdc‑m;
1.3,考虑模糊问题,不模糊fdc0为:
其中,v为载机地速,β为斜视角,λ为波长;则模糊倍数Nambi为:Nambi=floor{[fdc0‑fdc‑m]/fr+0.5}因此,最终的多普勒中心频率的估计值fdc为:fdc=Nambi·fr+fdc‑m。
3.根据权利要求1所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤2的具体过程如下:利用驻留相位原理,对回波数据做距离向Fourier变换,得到回波数据距离频域表达式:其中,t为方位慢时间,fτ为距离采样频率点,Ta为方位孔径时间,Br为信号带宽,j为复数符号,k为信号线性调频斜率,c为电波传播速度,fc为发射信号载频,Rt为天线相位中心到目标的瞬时距离;
将S(t,fτ)乘以如下参考函数Sref(t,fτ):其中,Ra为天线相位中心到场景中心的瞬时距离值,得到匹配滤波后的数据SB(t,fτ):在平面波前的假设,差分距离Ra‑Rt表示为:其中,(xt,yt)为场景中分布点目标P的位置坐标,θ和 分别为天线相位中心的瞬时方位角和俯仰角;
将其代入SB(t,fτ),并忽略信号幅度影响,得到:令 分别表示对应于x、y
轴的波数坐标轴,则上式表示为:
SB(Kx,Ky)=exp[j(xtKx+ytKy)]采用极坐标格式算法对在空间频域(Kx,Ky)平面内呈极坐标格式排列的数据进行二维重采样,转换为矩形格式数据。
4.根据权利要求3所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤3的具体过程如下:
3.1,将步骤2得到的矩形格式数据乘以二次相位函数φ1(τ):其中,τ为快时间变量,γ为调频斜率,δr为距离向尺度变换因子, 为场景中心俯仰角;
3.2,对3.1的结果进行傅里叶变换FFT;
3.3,将FFT处理后的数据乘以滤波器函数H1(fτ):
3.4,对3.3的结果进行逆傅里叶变换IFFT;
3.5,将3.4的结果乘以二次相位函数φ2(τ):
3.6,对3.5的结果进行傅里叶变换FFT;
3.7,将3.6的结果乘以运动补偿滤波因子H2(fτ):其中,λ为波长;
距离重采样后的信号Sy(t,fτ)表示为:
Sy(t,fτ)=SB(t,fc(δr‑1)+δrfτ)。
5.根据权利要求4所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤4的具体过程如下:方位重采样逐距离频率进行,Kx方向的输入坐标Kx_in为:其中, n=‑N/2,…0,1,…N/
2‑1,N为回波数据的距离门数,ΔKy为距离空间频域输出采样间隔, fr为距离向采样频率;
输出坐标按照距离重采样后各脉冲中心距离频率采样点在地面的投影坐标为参考选择,则方位空间频域采样间隔ΔKx为:其中,θm为每个脉冲所对应的俯仰地角,Na为脉冲数;
Kx方向的输出坐标Kx_out为:
Kx_out=mΔKx,m=‑Na/2,…0,1,…Na/2‑1令δa=fc/(fc+fτ)为方位向尺度变换因子,方位重采样后的信号Sz(t,fτ)表示为:Sz(t,fτ)=Sy(δat,fτ)。
6.根据权利要求5所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤5的具体过程如下:
5.1,将Sz(t,fτ)变换到时域,对时域结果数据进行中心圆周移位,即从时域结果数据中,选取每个距离单元中的最强散射点并将其中心圆周移位到零多普勒单元;
5.2,对中心圆周移位后的数据,利用海明窗对其进行加窗处理;
5.3,对加窗处理后的数据进行傅里叶变换FFT处理;
5.4,用线性无偏最小方差估计核或最大似然估计核估计相位误差梯度;
5.5,对估计的相位误差梯度进行积分得到相位误差估计,用该相位误差估计对相位历史域数据进行补偿,对补偿后的数据用5.1‑5.4的方法反复迭代多次,将结果进行逆傅里叶变换IFFT变换到时域,得到聚焦结果。
7.根据权利要求6所述的基于工程实现的极坐标格式多模高分辨SAR成像方法,其特征在于,所述步骤6的具体过程如下:
6.1,对空不变运动补偿后的整个图像进行子块划分,使得子块内的残留距离徙动能够被忽略;
6.2,对子块图像数据进行成像;
6.3,利用自聚焦处理方法估计子块图像内高阶相位误差梯度;
6.4,利用图像移位原理,通过将当前子块图像与前一子块图像作方位相关,估计出两个子块图像间的相对线性相位误差梯度;
6.5,将6.3得到的高阶相位误差梯度与6.4得到的线性相位误差梯度求和,得到子块图像内总的相位误差梯度;
6.6,重复6.1‑6.5直至所有子块图像处理完成;
6.7,将所有子块图像各自对应的总的相位误差梯度拼接,得到整个图像的相位误差梯度;
6.8,对整个图像的相位误差梯度进行积分,得到整个图像内的相位误差估计,并补偿到整个图像数据中,完成空变运动补偿。