具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是近年来新提出的一种成像系统，该系统在方位向上沿圆弧布置天线阵列，突破了传统线性阵列SAR观测视角单一的问题，可以对机载平台周围360°场景区域进行快速成像感知，为直升机平台的安全飞行和垂直起降提供了保障，在民用和军事领域具有很大的应用前景。双基弧形阵列SAR是指将发射机和接收机放置在不同的平台上，与单基弧形阵列SAR相比，双基弧形阵列SAR具有更好的隐蔽性和安全性，可以获得更丰富的目标信息。双基弧形阵列SAR由于收发平台分离，几何结构灵活，为了满足不同的应用需求，可以设置不同的成像模式，例如，接收机运动的双基弧形阵列SAR、发射机运动的双基弧形阵列SAR、收发运动的双基弧形阵列SAR。在发射机运动的双基弧形阵列SAR系统中，接收机固定在某一高度，当设置为“静默”工作方式时，可以提高系统的隐蔽性，发射机在场景上空运动，扩大了辐射范围，还可以使多个成本较低的接收系统共享同一个造价昂贵的发射系统，既保证了机载的安全，还降低了系统成本。因此，将双基弧形阵列SAR应用到机载导航、辅助降落、盲降等领域中，具有的很大的应用前景。

结合前文背景技术部分内容记载，本公开以实施例方式示例性记载了相应解决方案以解决现有技术中存在的缺陷，但不作为对本公开所要求专利权保护范围的限定。

作为方案之一，本公开的实施例提供了一种发射机运动双基弧形阵列SAR的成像方法，包括：

获取发射机运动双基弧形阵列SAR的回波数据，基于所述回波数据已经过基带解调处理的假定，对所述回波数据进行距离向傅里叶变换，得到距离频域方位时域回波数据；

通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正；

对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩；

基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号；

对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号；

对方位向脉冲压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得到最终的二维时域聚焦信号。

针对前文所提出的问题，本公开各实施例旨在提出了一种发射机运动双基弧形阵列SAR的成像方法。该方法针对发射机运动的双基弧形阵列SAR系统，通过斜距高阶近似、距离走动补偿、Keystone变换实现了系统的成像处理，能够得到全方位、高分辨的成像。该算法首先通过泰勒级数展开对双基斜距进行高阶近似处理，将斜距分解为两部分，一部分与发射机速度无关，另一部分与发射机速度相关。根据化解后的斜距公式，构造距离走动补偿函数，在距离频域中对发射机运动引起的距离走动进行校正，减少了回波信号的二维耦合。在此基础上，再利用Keystone变换消除距离与方位角之间剩余的耦合。最后通过方位匹配滤波，得到聚焦良好的图像。

如图1所示，具体实现步骤可以包括但不限于步骤S1至步骤S6为例说明。

具体实施可以包括：

步骤S1：获取发射机运动双基弧形阵列SAR的回波数据s(t_r,t_a)，假设所述数据已经过基带解调处理，对所述回波数据s(t_r,t_a)进行距离向傅里叶变换，即采用如下公式(1)进行计算，得到距离频域方位时域回波数据S_s(f_r,t_a)：

S_s(f_r,t_a)＝RFFT{s(t_r,t_a)} (1)

其中公式(1)中，RFFT{·}表示距离向傅里叶变换，t_r为距离向时间变量，t_a为方位向时间变量，f_r为距离频率。

在一些实施例中，本公开可以实现为：通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正，包括：

基于假设的任意目标、接收机等效采样点、发射机的坐标，得到雷达发射机到目标的第一瞬时斜距；

采用泰勒级数展开对第一瞬时斜距做近似处理，分解为与速度相关和与速度无关的两部分；

根据经过近似处理的第一瞬时斜距，生成距离走动校正函数；

采用距离走动矫正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正处理，得到距离走动校正后的回波数据。

具体实施可以包括：

步骤S2：通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用该函数对上述距离频域回波数据S_s(f_r,t_a)进行距离走动校正，具体步骤如下。

步骤S21：假设任意目标、接收机等效采样点、发射机的坐标分别为(θ_n,R_n,H_n)、(θ_r,R_r,H_r)、(θ_t,R_t,H_t)，则雷达发射机到目标的瞬时斜距D_t可表示为：

其中v为发射机运动速度，t_a为方位向时间变量。

步骤S22：采用泰勒级数展开对上述瞬时斜距D_t做近似处理，分解为与速度相关和与速度无关的两部分：

D_t≈κ₀+κ₁(vt_a)+κ₂(vt_a)²+κ₃(vt_a)³+κ₄(vt_a)⁴ (3)其中k₀、k₁、k₂、k₃和k₄为化解后的常系数，各系数计算公式如下：

式中，R_t、R_n分别为发射机和目标与坐标原点间的地距，H_t为发射机的水平高度，θ_t和θ_n分别为发射机和目标的方位向角度。

步骤S23：根据步骤S22得到的瞬时斜距，生成距离走动校正函数，具体公式如下：

步骤S24：采用步骤S23中生成的距离走动矫正函数对距离频域的回波数据进行距离走动校正处理，得到距离走动校正后的回波数据S_s1(f_r,t_a)，具体操作如公式(10)所示：

S_s1(f_r,t_a)＝S_s(f_r,t_a)·h_c(f_r,t_a) (10)

公式(10)中，S_s(f_r,t_a)为距离频域的回波数据，h_c(f_r,t_a)为距离走动校正函数。

在一些实施例中，本公开可以实现为：对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩，包括：

采用匹配滤波的方式构造脉冲压缩函数；

采用得到的脉冲压缩函数，对距离频域的回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩后的回波信号。

具体实施可以包括：

步骤S3：对上述经过距离走动校正处理后的距离频域信号S_s1(f_r,t_a)进行距离向脉冲压缩，具体处理过程如下。

步骤S31：采用匹配滤波的方式构造脉冲压缩函数H_r(f_r)，具体如下：

式中，K_r为距离向调频率，T_r为发射信号脉冲宽度，f_r为距离频率。

步骤S32：采用步骤S31得到的脉冲压缩函数H_r(f_r)，对距离频域的回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩后的回波信号S_{sf_c}(f_r,t_a)：

S_{sf_c}(f_r,t_a)＝S_s1(f_r,t_a)·H_r(f_r) (12)

公式(12)中，S_s1(f_r,t_a)为距离走动校正后的距离频域信号，H_r(f_r)为距离向脉冲压缩函数。

在一些实施例中，本公开可以实现为：基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号，包括：

采用泰勒级数展开对等效采样点到目标的第二瞬时斜距进行近似处理，获得经过近似处理的第二瞬时斜距；

采用Keystone变换方法基于上述得到的经过近似处理的第二瞬时斜距，重新定义一个虚拟的方位向采样变量；

根据重新定义的虚拟的方位向变量采用进行Keystone变换，得到距离方位解耦后的回波信号；

对距离方位解耦后的回波信号进行距离向逆傅里叶变换，得到距离方位解耦后的二维时域信号。

具体实施可以包括：

步骤S4：步骤S4基于上述距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号，具体处理过程如下：

步骤S41：采用泰勒级数展开对等效采样点到目标的瞬时斜距D_r进行近似处理，获得近似后的瞬时斜距D_r如公式(13)所示：

式中，H_r为等效采样点水平高度，R_r为弧形阵列天线半径，θ_r为等效采样点的方位角角度，β_r为插地角，且满足

步骤S41：采用Keystone变换方法基于上述得到的瞬时斜距D_r，重新定义一个虚拟的方位向采样变量其中与方位向采样变量θ_r之间关系如公式(14)所示：

式中，f_c为载波频率，f_r为距离频率，θ_n为目标的方位角角度，方位向采样变量θ_r与方位向时间变量之间关系如公式(15)所示：

θ_r＝ω_at_a (15)

式中，ω_a为接收机弧形阵列天线单元切换速度。

步骤S42：根据步骤S41中重新定义的方位向变量采用公式(16)进行Keystone变换，得到距离方位解耦后的回波信号

式中，S_{sf_c}(f_r,θ_r)|为经过距离脉冲压缩后的距离频域信号，θ_n为目标方位向角度。

步骤S43：对上述Keystone变换后的距离频域信号进行距离向逆傅里叶变换，得到距离方位解耦后的二维时域信号具体计算公式如公式(17)所示：

式中，RIFFT{·}代表距离向逆傅里叶变换，为Keystone变换后距离频域信号，t_r为距离向时间变量，f_r为距离向频率。

在一些实施例中，本公开可以实现为：对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号，包括：

对二维时域信号进行方位向傅里叶变换，得到距离多普勒域回波信号；

构建方位向匹配滤波函数卷积核，卷积核为二维时域信号中与重新定义的虚拟的方位向变量有关的相位项；

根据二维时域信号生成方位向匹配滤波卷积核；

对得到的卷积核进行方位向傅里叶变换取复共轭处理得到方位匹配滤波函数；

基于得到的方位匹配滤波函数对距离多普勒域回波信号进行方位匹配滤波处理，得到方位向脉冲压缩后的信号。

具体实施可以包括：

步骤S5：对上述得到的二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位脉冲压缩后的信号，具体步骤如下：

步骤S51：对步骤S43得到的二维时域信号进行方位向傅里叶变换，得到距离多普勒域回波信号具体计算如公式(18)所示：

式中，AFFT{·}为方位向傅里叶变换，为公式(17)得到的二维时域信号。

步骤S52：构建方位向匹配滤波函数卷积核为卷积核为二维时域信号中与有关的相位项；

步骤S53：根据公式(17)的二维时域信号生成方位向匹配滤波卷积核其具体表达式如公式(19)所示：

上式中，f_c为载波频率，为步骤S41中重新定义的方位向虚拟采样变量。

步骤S54：对上述得到的卷积核进行方位向傅里叶变换取复共轭处理得到方位匹配滤波函数具体计算公式如下：

上式中，AFFT{·}为方位向傅里叶变换，{·}^*为复共轭运算。

步骤S55：基于上述得到的方位向脉冲压缩函数对距离多普勒信号进行方位匹配滤波处理，具体计算过程如公式(21)所示，得到方位向脉冲压缩后的信号

步骤S6可以实施为：对上述得到的距离多普勒信号进行方位向逆傅里叶变换，得到最终的二维时域聚焦信号具体计算过程如下式所示：

作为方案之一，本公开的实施例提供了一种发射机运动双基弧形阵列SAR的成像装置，包括：

获取模块，其配置为获取发射机运动双基弧形阵列SAR的回波数据；

信号处理模块，其配置为基于所述回波数据已经过基带解调处理的假定，对所述回波数据进行距离向傅里叶变换，得到距离频域方位时域回波数据；通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正；对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩；基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号；对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号；对方位向脉冲压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得到最终的二维时域聚焦信号。

作为一种实施方式，本公开的装置的信号处理模块，可以结合前文步骤S2的描述，进一步配置为：

通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正，包括：

基于假设的任意目标、接收机等效采样点、发射机的坐标，得到雷达发射机到目标的第一瞬时斜距；

采用泰勒级数展开对第一瞬时斜距做近似处理，分解为与速度相关和与速度无关的两部分；

根据经过近似处理的第一瞬时斜距，生成距离走动校正函数；

采用距离走动矫正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正处理，得到距离走动校正后的回波数据。

作为一种实施方式，本公开的装置的信号处理模块，可以结合前文步骤S3的描述，进一步配置为：

对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩，包括：

采用匹配滤波的方式构造脉冲压缩函数；

采用得到的脉冲压缩函数，对距离频域的回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩后的回波信号。

作为一种实施方式，本公开的装置的信号处理模块，可以结合前文步骤S4的描述，进一步配置为：

基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号，包括：

采用泰勒级数展开对等效采样点到目标的第二瞬时斜距进行近似处理，获得经过近似处理的第二瞬时斜距；

采用Keystone变换方法基于上述得到的经过近似处理的第二瞬时斜距，重新定义一个虚拟的方位向采样变量；

根据重新定义的虚拟的方位向变量采用进行Keystone变换，得到距离方位解耦后的回波信号；

对距离方位解耦后的回波信号进行距离向逆傅里叶变换，得到距离方位解耦后的二维时域信号。

作为一种实施方式，本公开的装置的信号处理模块，可以结合前文步骤S5的描述，进一步配置为：

对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号，包括：

对二维时域信号进行方位向傅里叶变换，得到距离多普勒域回波信号；

构建方位向匹配滤波函数卷积核，卷积核为二维时域信号中与重新定义的虚拟的方位向变量有关的相位项；

根据二维时域信号生成方位向匹配滤波卷积核；

对得到的卷积核进行方位向傅里叶变换取复共轭处理得到方位匹配滤波函数；

基于得到的方位匹配滤波函数对距离多普勒域回波信号进行方位匹配滤波处理，得到方位向脉冲压缩后的信号。

具体来说，本公开的发明构思之一，旨在能够获取发射机运动双基弧形阵列SAR的回波数据，基于所述回波数据已经过基带解调处理的假定，对所述回波数据进行距离向傅里叶变换，得到距离频域方位时域回波数据；通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正；对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩；基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号；对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号；对方位向脉冲压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得到最终的二维时域聚焦信号。本公开旨在针对发射机运动的双基弧形阵列SAR系统，通过斜距高阶近似、距离走动补偿、Keystone变换实现了系统的成像处理，能够得到全方位、高分辨的成像。本公开各实施例首先通过泰勒级数展开对双基斜距进行高阶近似处理，将斜距分解为两部分，一部分与发射机速度无关，另一部分与发射机速度相关。根据化解后的斜距公式，构造距离走动补偿函数，在距离频域中对发射机运动引起的距离走动进行校正，减少了回波信号的二维耦合。在此基础上，再利用Keystone变换消除距离与方位角之间剩余的耦合。最后通过方位匹配滤波，得到聚焦良好的图像。在各种应用场景中，本公开各实施例可以实现发射机运动时双基弧形阵列SAR的全方位、高分辨率观测成像，不但实现了双基弧形阵列SAR隐蔽性好、安全性高、目标信息丰富等成像特点，还能够在发射机运动时对平台周围大场景进行成像处理，提高了系统的利用率，本公开涉及的发射机运动双基弧形阵列SAR的成像方法、发射机运动双基弧形阵列SAR的成像装置及计算机可读存储介质可以应用在直升机安全飞行、地面勘察、紧急迫降等领域。

本公开还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由处理器执行时，主要实现根据上述的发射机运动双基弧形阵列SAR的成像方法，包括：

获取发射机运动双基弧形阵列SAR的回波数据，基于所述回波数据已经过基带解调处理的假定，对所述回波数据进行距离向傅里叶变换，得到距离频域方位时域回波数据；

通过分解后的双基瞬时斜距生成距离走动校正函数，利用距离走动校正函数对距离频域方位时域回波数据进行距离走动校正；

对经过距离走动校正处理后的距离频域信号进行距离向脉冲压缩；

基于距离向脉冲压缩后的信号进行距离方位解耦合处理和距离向逆傅里叶变换，获得解耦后的二维时域信号；

对二维时域信号进行方位向傅里叶变换和方位匹配滤波，得到方位向脉冲压缩后的信号；

对方位向脉冲压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得到最终的二维时域聚焦信号。

在一些实施例中，执行算机可执行指令处理器可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。更具体地，该处理器可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理器还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。

在一些实施例中，计算机可读存储介质可以为存储器，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、闪存盘或其他形式的闪存、缓存、寄存器、静态存储器、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带或其他磁存储设备，或被用于储存能够被计算机设备访问的信息或指令的任何其他可能的非暂时性的介质等。

在一些实施例中，计算机可执行指令可以实现为多个程序模块，多个程序模块共同实现根据本公开中任何一项所述的医学影像的信号处理方法。

本公开描述了各种操作或功能，其可以实现为软件代码或指令或者定义为软件代码或指令。显示单元可以实现为在存储器上存储的软件代码或指令模块，其由处理器执行时可以实现相应的步骤和方法。

这样的内容可以是直接执行(“对象”或“可执行”形式)的源代码或差分代码(“delta”或“patch”代码)。这里描述的实施例的软件实现可以通过其上存储有代码或指令的制品提供，或者通过操作通信接口以通过通信接口发送数据的方法提供。机器或计算机可读存储介质可以使机器执行所描述的功能或操作，并且包括以可由机器(例如，计算显示设备、电子系统等)访问的形式存储信息的任何机制，例如可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存显示设备等)。通信接口包括与硬连线、无线、光学等介质中的任何一种接口以与其他显示设备通信的任何机制，例如存储器总线接口、处理器总线接口、因特网连接、磁盘控制器等。通信接口可以通过提供配置参数和/或发送信号来配置以准备通信接口，以提供描述软件内容的数据信号。可以通过向通信接口发送一个或多个命令或信号来访问通信接口。

本公开的实施例的计算机可执行指令可以组织成一个或多个计算机可执行组件或模块。可以用这类组件或模块的任何数量和组合来实现本公开的各方面。例如，本公开的各方面不限于附图中示出的和本文描述的特定的计算机可执行指令或特定组件或模块。其他实施例可以包括具有比本文所示出和描述的更多或更少功能的不同的计算机可执行指令或组件。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。