一种多通道SAR全场景数据连续成像方法与流程

一种多通道sar全场景数据连续成像方法
技术领域
1.本发明属于合成孔径雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种多通道sar全场景数据连续成像方法。


背景技术：

2.合成孔径雷达(synthetic aperture radar,sar)成像技术是遥感领域一项非常重要的技术，在军事和民用方面都有重要的作用。高分辨率宽测绘带(high resolution and wide swath,hrws)是当前sar系统的一个主要发展方向，而其最常用的实现方式是方位多通道sar。多通道系统的回波在方位向是模糊的，需对信号进行重构，得到无模糊的回波信号后再成像。
3.在实际工程中，sar工作时间长，一次性收集的数据量大，受限于硬件设备的处理与存储能力，一般需要对全场景数据分景处理，但分景处前后各有半个合成孔径的非完全积累区域，为了保证成像质量，这部分区域成像后应去掉，若直接扔掉分景处的非完全区域，则导致丢失场景，所以需要一种既能快速，又能全场景连续成像的方法。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种多通道sar全场景数据连续成像方法，具有效率高、全场景成像的特点。
5.一种多通道sar全场景数据连续成像方法，对全景数据进行分景后，再分别对得到的各单景数据进行成像，其中，各景数据均由两个以上的子通道数据构成，子通道总数记为nc，且第一景数据的成像方法为：
6.以各子通道数据中的单侧方位向非完全积累点n为分割点，将各子通道数据划分为前段数据和后段数据；
7.将所有前段数据和后段数据分别进行方位频谱重建，得到各前段数据对应的无模糊频谱分量和各后段数据对应的无模糊频谱分量，并将所有前段数据对应的无模糊频谱分量重建成数据a，所有后段数据对应的无模糊频谱分量重建成数据b；
8.对数据a和数据b进行方位向傅里叶逆变换，对应得到数据c和数据d；
9.将数据c和数据d等效为单通道回波信号后并进行成像；
10.第一景之后的各景数据的成像方法为：
11.将排在当前第m景数据的第m-1景数据对应的数据d的倒数2(n
·
nc)行作为第m景数据对应的数据c，并获取第m景数据对应的数据d，再基于第m景数据对应的数据c和数据d等效而成的单通道回波信号进行第m景数据的成像。
12.进一步地，对前段数据和后段数据进行方位频谱重建的方法如下：
13.获取第一个子通道与后续子通道在多普勒域的映射关系如下：
14.15.其中，d为接收天线之间的间隔，vs为卫星速度，m为子通道的序号，m∈[1,nc]，fa为单个子通道信号的方位频率轴，fa∈[0,prf]，prf为脉冲重复频率，当对前段数据进行方位频谱重建时，s1(fa)表示第一个子通道对应的前段数据，sm(fa)表示第m个子通道对应的前段数据，当对后段数据进行方位频谱重建时，s1(fa)表示第一个子通道对应的后段数据，sm(fa)表示第m个子通道对应的后段数据；
[0016]
获取各个通道回波信号与无模糊频谱分量之间的映射关系如下：
[0017][0018]
其中，f
a,m
为方位向频率轴，且有为方位向频率轴，且有pm为各第m个待重构的无模糊频谱分量；
[0019]
与无模糊频谱分量之间的映射关系用矢量形式表示如下：
[0020][0021]
其中，x为空域导向矩阵，表达式为：
[0022][0023]
通过空域导向矩阵x的逆矩阵x-1
获取无模糊频谱分量
[0024][0025]
进一步地，第m景数据对应的数据d的获取方法为：
[0026]
分别从各子通道的第l
×
(m-1)+1行开始取后面的(l-2n)行作为第m景数据对应的各子通道数据的后段数据，其中，l为单景数据的长度；
[0027]
将第m景数据对应的各后段数据进行方位频谱重建，提取得到第m景数据对应的各无模糊频谱分量，并将第m景数据对应的各无模糊频谱分量重建成第m景数据对应的数据b；
[0028]
将第m景数据对应的数据b进行方位向傅里叶逆变换后，得到第m景数据对应的数据d。
[0029]
进一步地，对各景数据对应的单通道回波信号进行成像后，去除成像结果中方位向两侧各2n行的非完全积累部分，留下完全积累的部分作为最终的成像场景。
[0030]
进一步地，根据各子通道的空间采样位置将数据c和数据d等效为单通道回波信号。
[0031]
有益效果：
[0032]
1、本发明提供一种多通道sar全场景数据连续成像方法，对全景数据进行分景后，
再分别对得到的各单景数据进行频谱重建，然后根据频谱重建后的数据进行逐景成像，其中，在逐景成像时，本发明考虑到分景处前后各半个合成孔径的非完全积累区域，将每一景数据在频谱重建后保留部分数据直接作为下一景的起始数据，使得每次分景时数据不需要回退一个合成孔径区域对应的数据量，从而能够减少下一景成像的数据运算量，又能保留全场景，保证成像质量。
[0033]
2、本发明提供一种多通道sar全场景数据连续成像方法，通过逆滤波器算法分别从分景数据的前段数据和后段数据中提取出无模糊频谱分量，能够解决多通道系统引起的方位向非均匀采样和单个子通道频谱混叠的问题。
[0034]
3、本发明提供一种多通道sar全场景数据连续成像方法，对各景数据对应的单通道回波信号进行成像后，去除非完全积累部分，留下完全积累的部分作为最终的成像场景，能够保证成像质量。
附图说明
[0035]
图1为本发明的一种多通道sar全场景数据连续成像方法的整体流程图；
[0036]
图2为第一景成像结果；
[0037]
图3为第二景成像结果；
[0038]
图4为全场景成像结果。
具体实施方式
[0039]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0040]
实施例一
[0041]
在实际工程中，全场景回波数据很大，需要对数据进行分景处理。若成像前未考虑分景处前后各半个合成孔径的非完全积累区域，成像后为了保证成像质量，进行去除方位向两侧的非完全积累部分的处理，则导致丢失场景；若成像前考虑分景处前后各半个合成孔径的非完全积累区域，每次分景时数据需要回退一个合成孔径区域对应的数据量，导致工作效率低。本发明在频谱重建后保留部分数据作为下一景的起始数据，既能减少下景数据运算量，又能保留全场景，具体如下：
[0042]
一种多通道sar全场景数据连续成像方法，对全景数据进行分景后，再分别对得到的各单景数据进行成像，其中，各景数据均由两个以上的子通道数据构成，总通道数记为nc，需要说明的是，多通道全景数据由各子通道的全景数据组合而成，则将子通道中的每一景数据作为子通道数据，也就是说，本发明定义的子通道数据的大小仅为单个通道一景数据的大小。
[0043]
第一景数据的成像方法为：
[0044]
以各子通道数据中的单侧方位向非完全积累点n为分割点，将各子通道数据分别划分为前段数据和后段数据；
[0045]
将所有前段数据和后段数据分别进行方位频谱重建，提取得到各前段数据对应的无模糊频谱分量和各后段数据对应的无模糊频谱分量，并将所有前段数据对应的模糊频谱分量重建成数据a，所有后段数据对应的无模糊频谱分量重建成数据b；
[0046]
分别对数据a和数据b进行方位向傅里叶逆变换后，对应得到数据c和数据d；
[0047]
根据各子通道的空间采样位置将数据c和数据d等效为单通道回波信号后，基于单通道回波信号进行成像；其中，此时的成像结果包含非完全积累部分，去除成像结果中方位向两侧各n
·
nc行的非完全积累部分，留下完全积累的部分作为最终的成像场景。
[0048]
第一景之后的各景数据的成像方法为：
[0049]
将排在当前第m景数据的第m-1景数据对应的数据d的倒数2(n
·
nc)行作为第m景数据对应的数据c，并获取第m景数据对应的数据d，再基于第m景数据对应的数据c和数据d等效而成的单通道回波信号进行第m景数据的成像；同理，此时的成像结果也包含非完全积累部分，去除成像结果中方位向两侧各n
·
nc的非完全积累部分，留下完全积累的部分作为最终的成像场景。
[0050]
其中，第m景数据对应的数据d的获取方法为：
[0051]
分别从各子通道的第l
×
(m-1)+1行开始取后面的(l-2n)行作为第m景数据对应的各子通道数据的后段数据，其中，l为各子通道单景数据的长度；
[0052]
将第m景数据对应的各后段数据进行方位频谱重建，提取得到第m景数据对应的各无模糊频谱分量，并将第m景数据对应的各无模糊频谱分量重建成第m景数据对应的数据b；
[0053]
将第m景数据对应的数据b进行方位向傅里叶逆变换后，得到第m景数据对应的数据d。
[0054]
进一步地，对前段数据和后段数据进行方位频谱重建的方法如下：
[0055]
获取第一个子通道与后续子通道在多普勒域的映射关系如下：
[0056][0057]
其中，d为接收天线之间的间隔，vs为卫星速度，m为子通道的序号，m∈[1,nc]，fa为单个子通道信号的方位频率轴，fa∈[0,prf]，prf为脉冲重复频率。当对前段数据进行方位频谱重建时，s1(fa)表示第一个子通道对应的前段数据，sm(fa)表示第m个子通道对应的前段数据，当对后段数据进行方位频谱重建时，s1(fa)表示第一个子通道对应的后段数据，sm(fa)表示第m个子通道对应的后段数据；
[0058]
获取各个通道回波信号与无模糊频谱分量之间的映射关系如下：
[0059][0060]
例如得到两个端点与无模糊频谱分量之间的映射关系如下：
[0061][0062]
其中，f
a,m
为方位向频率轴，且有为方位向频率轴，且有pm为各第m个待重构的无模糊频谱分量；
[0063]
与无模糊频谱分量之间的映射关系用矢量形式表示如下：
[0064][0065]
其中，x为空域导向矩阵，表达式为：
[0066][0067]
通过空域导向矩阵x的逆矩阵x-1
获取无模糊频谱分量
[0068][0069]
实施例二
[0070]
如图1所示，下面以双通道为例，对本发明的一种多通道sar全场景数据连续成像方法进行进一步说明。
[0071]
s1：分数据。以双通道为例，假设子通道一景数据量是16k行，若子通道单侧方位向非完全积累点为n，单个子通道数据从第一个脉冲重复时间prt开始，16k数据分为前2n行和后(16k-2n)行两部分，双通道则共得到2n行，2n行，(16k-2n)行，(16k-2n)行四部分数据，记做第一个子通道的前段数据记为a1，第二个子通道的前段数据记为a2，第一个子通道的后段数据记为b1，第二个子通道的后段数据记为b2。
[0072]
s2：方位频谱重建，通过逆滤波器算法解决多通道系统引起的方位向非均匀采样和单个子通道频谱混叠问题，详细介绍如下：
[0073]
(1)2n行的数据a1和2n行的数据a2两部分频谱重建得到4n行的无模糊频谱分量数据，记做a。
[0074]
(2)(16k-2n)行的数据b1和(16k-2n)行的数据b2两部分频谱重建得到2*(16k-2n)行的无模糊频谱分量数据，记做b。
[0075]
假设接收天线之间的间隔为d，则等效相位中心之间的间隔为卫星速度为vs，第m通道的信号sm可等效于第一个通道时延后的信号，则第一个子通道和第二个子通道在多普勒域的映射关系如下：
[0076][0077]
s1(fa)此时若对数据a1和数据a2进行频谱重建，s1(fa)为数据a1，s2(fa)为数据a2；此时若对数据b1和数据b2进行频谱重建，s1(fa)为数据b1，s2(fa)为数据b2；
[0078]
多通道系统单个子通道方位向是欠采样的，即脉冲重复频率prf小于多普勒带宽。以双通道为例，各通道信号sm(fa)和各无模糊频谱分量pi之间的关系为：
[0079]
[0080]
其中，f
a,1
∈[-prf,0],f
a,2
∈[0,prf]。
[0081]
上式用矢量形式表示为：
[0082]
[s1(fa) s2(fa)]＝[p
1 p2]x
[0083]
其中，x为空域导向矩阵，表达式为：
[0084][0085]
则无模糊频谱分量pi为：
[0086]
[p
1 p2]＝[s1(fa) s2(fa)]x-1
[0087]
也就是说，对双通道进行频谱重建时，首先将数据a1和数据a2分别作为s1(fa)和s2(fa)。，提取p1和p2，然后此时的p1和p2重建成所述数据a；然后将数据b1和数据b2分别作为s1(fa)和s2(fa)，提取出数据p1和p2，然后此时的p1和p2重建成所述数据b。
[0088]
s3：频谱重建后均匀采样信号等效为单个通道回波信号，具体步骤分为：
[0089]
(1)步骤s2的数据a通过方位向傅里叶逆变换为两维时域信号，即得到数据c。
[0090]
(2)步骤s2的数据b通过方位向傅里叶逆变换为两维时域信号，即得到数据d。
[0091]
(3)根据各通道间空间采样位置，将数据c和数据d等效为单通道32k的回波信号。
[0092]
(4)保留数据d中从下往上取4n行数作为下一景的4n行前段数据，即为下一景的c。
[0093]
s4：成像及成像后处理。
[0094]
(1)采用成像算法对步骤s3(3)得到的32k数据进行成像处理。
[0095]
(2)去除步骤s4(1)得到的成像结果的方位向两侧各为2n的非完全积累部分，留下完全积累的大小为(32k-4n)的最终成像场景。
[0096]
s5：从第二景开始，并以当前为第m景为例，从各子通道的第16k
×
(m-1)+1行开始取后面(16k-2n)行作为第m景数据的后段数据，也即得到步骤s1中的数据b1和数据b2，新获取的数据b1和数据b2重新进行步骤s2(2)的操作，得到第m景数据对应的数据b，新获取的数据b重新执行步骤s3(2)的操作，得到第m景对应的数据d，此时得到的数据d结合步骤s3(4)中的数据c进行步骤s3(3)和步骤s4的操作，直到全部数据处理完为止。
[0097]
如图2～图3所示，分别为第一景数据、第二景数据以基于第一景数据、第二景数据及全景数据的成像结果，由此可见，本发明在频谱重建后保留部分数据作为下一景的起始数据，能够获取良好的成像结果。
[0098]
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种多通道sar全场景数据连续成像方法，其特征在于，对全景数据进行分景后，再分别对得到的各单景数据进行成像，其中，各景数据均由两个以上的子通道数据构成，子通道总数记为n
c
，且第一景数据的成像方法为：以各子通道数据中的单侧方位向非完全积累点n为分割点，将各子通道数据划分为前段数据和后段数据；将所有前段数据和后段数据分别进行方位频谱重建，得到各前段数据对应的无模糊频谱分量和各后段数据对应的无模糊频谱分量，并将所有前段数据对应的无模糊频谱分量重建成数据a，所有后段数据对应的无模糊频谱分量重建成数据b；对数据a和数据b进行方位向傅里叶逆变换，对应得到数据c和数据d；将数据c和数据d等效为单通道回波信号后并进行成像；第一景之后的各景数据的成像方法为：将排在当前第m景数据的第m-1景数据对应的数据d的倒数2(n
·
n
c
)行作为第m景数据对应的数据c，并获取第m景数据对应的数据d，再基于第m景数据对应的数据c和数据d等效而成的单通道回波信号进行第m景数据的成像。2.如权利要求1所述的一种多通道sar全场景数据连续成像方法，其特征在于，对前段数据和后段数据进行方位频谱重建的方法如下：获取第一个子通道与后续子通道在多普勒域的映射关系如下：其中，d为接收天线之间的间隔，v
s
为卫星速度，m为子通道的序号，m∈[1,n
c
]，f
a
为单个子通道信号的方位频率轴，f
a
∈[0,prf]，prf为脉冲重复频率，当对前段数据进行方位频谱重建时，s1(f
a
)表示第一个子通道对应的前段数据，s
m
(f
a
)表示第m个子通道对应的前段数据，当对后段数据进行方位频谱重建时，s1(f
a
)表示第一个子通道对应的后段数据，s
m
(f
a
)表示第m个子通道对应的后段数据；获取各个通道回波信号与无模糊频谱分量之间的映射关系如下：其中，f
a,m
为方位向频率轴，且有为方位向频率轴，且有p
m
为各第m个待重构的无模糊频谱分量；与无模糊频谱分量之间的映射关系用矢量形式表示如下：其中，x为空域导向矩阵，表达式为：
通过空域导向矩阵x的逆矩阵x-1
获取无模糊频谱分量获取无模糊频谱分量3.如权利要求1所述的一种多通道sar全场景数据连续成像方法，其特征在于，第m景数据对应的数据d的获取方法为：分别从各子通道的第l
×
(m-1)+1行开始取后面的(l-2n)行作为第m景数据对应的各子通道数据的后段数据，其中，l为单景数据的长度；将第m景数据对应的各后段数据进行方位频谱重建，提取得到第m景数据对应的各无模糊频谱分量，并将第m景数据对应的各无模糊频谱分量重建成第m景数据对应的数据b；将第m景数据对应的数据b进行方位向傅里叶逆变换后，得到第m景数据对应的数据d。4.如权利要求1～3任一权利要求所述的一种多通道sar全场景数据连续成像方法，其特征在于，对各景数据对应的单通道回波信号进行成像后，去除成像结果中方位向两侧各2n行的非完全积累部分，留下完全积累的部分作为最终的成像场景。5.如权利要求1～3任一权利要求所述的一种多通道sar全场景数据连续成像方法，其特征在于，根据各子通道的空间采样位置将数据c和数据d等效为单通道回波信号。

技术总结
本发明提供一种多通道SAR全场景数据连续成像方法，对全景数据进行分景后，再分别对得到的各单景数据进行频谱重建，然后根据频谱重建后的数据进行逐景成像，其中，在逐景成像时，本发明考虑到分景处前后各半个合成孔径的非完全积累区域，将每一景数据在频谱重建后保留部分数据直接作为下一景的起始数据，使得每次分景时数据不需要回退一个合成孔径区域对应的数据量，从而能够减少下一景成像的数据运算量，又能保留全场景，保证成像质量。保证成像质量。保证成像质量。


技术研发人员：刘腾飞 王柳云 赵欣悦 丁郁霏
受保护的技术使用者：北京理工雷科空天信息技术有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/10/15