具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种星载聚束合成孔径雷达高分辨实时成像方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的一种星载聚束合成孔径雷达高分辨实时成像方法的具体流程示意图。该实时成像方法包括步骤：

S1、对星载SAR聚束模式回波信号在方位向上进行子孔径划分，得到子孔径回波信号。

具体的，以回波信号具有1024个点为例，将其进行等点数划分为8个孔径，则每个孔径包括128个点。

本实施例通过对回波信号进行子孔径划分，解决了星载SAR聚束模式下信号的方位向带宽大于脉冲重复频率所导致的方位向频谱混叠问题。

星载SAR聚束模式的每个子孔径回波信号的斜距模型表示如下：

其中，t_c,R_B为点目标在方位-距离轴的位置，为等效速度，v₀为初始等效速度，t_k为子孔径数据的中心时刻，t_sub为子孔径数据的方位向慢时间，a为等效加速度，β₃为三阶系数，β₄为三阶系数。

根据子孔径回波信号的斜距模型，可得到子孔径回波信号的表达式如下：

其中，w_r(·)为信号的距离向窗函数，w_a(·)为方位向窗函数，t为距离向快时间，t_sub为子孔径数据的方位向慢时间，γ为调频率，λ为信号波长，c为光速，j为信号的虚部，Rt_sub为斜距历程。

S2、对所述子孔径回波信号进行方位时间尺度变换，得到方位时间尺度变换信号。具体包括步骤：

S21、对所述子孔径回波信号进行距离向傅里叶变换，得到第一距离向傅里叶变换信号。

第一距离向傅里叶变换信号表达式如下：

其中，f_r为子孔径数据的距离向频率，f_c为载频，t_sub为子孔径数据的方位向慢时间，w_r(·)为信号的距离向窗函数，w_a(·)为方位向窗函数，j为，γ为调频率，c为光速。

S22、对所述第一距离向傅里叶变换信号进行多普勒中心f_dc平移，得到平移信号。

S23、在距离频域方位时域利用方位时间尺度变换方法对所述平移信号进行处理，得到所述方位时间尺度变换信号。

具体的，第一距离向傅里叶变换信号中，斜距历程R t_sub里的等效速度是随着方位时间变化的，因此，可以采用方位时间尺度变换的方法消除等效速度的方位空变性，令：

其中，v₀为初始等效速度，t_k为子孔径数据的中心时刻，t_sub′为新的子孔径数据的方位向慢时间，t_sub为子孔径数据的方位向慢时间，a为等效加速度；

进一步得到新的方位时间域内子孔径数据的中心时刻与子孔径数据的方位向慢时间的关系为：

t_k+t_sub＝t_k+t_sub+εt_k+t_sub ²

其中，ε＝a/2v₀为尺度变换因子；

因此，由新的方位时间域内子孔径数据的中心时刻与子孔径数据的方位向慢时间的关系可以得到新的方位时间域的子孔径回波信号斜距模型：

其中，R_B为目标的最近距离，t_c＝t_c+t_c ²wr(·)，ε为尺度变换因子，w_r(·)为信号的距离向窗函数，β₃为三阶系数，β₄为三阶系数。

然后，利用新的方位时间域的子孔径回波信号斜距模型对多普勒中心f_dc平移之后的平移信号进行方位时间尺度变换，得到方位时间尺度变换信号：

其中，f_r为子孔径数据的距离向频率，w_a(·)为方位向窗函数，j为信号的虚部，γ为调频率，c为光速，f_c为载频，f_dc为多普勒中心。

本实施例通过对回波信号进行方位时间尺度变换，消除了等效速度的方位空变性，解决了星载SAR弯曲轨道引起的等效速度空变问题。

为了叙述方便，以下的t_sub′和t_c′用t_sub和t_c来表示。

S3、对所述方位时间尺度信号进行高阶项相位补偿，得到高阶相位补偿信号。具体包括步骤：

S31、对所述方位时间尺度变换信号进行方位向傅里叶变换，得到第一方位向傅里叶变换信号：

其中，w_r(·)为信号的距离向窗函数，f_r为子孔径数据的距离向频率，w_a(·)为方位向窗函数，f_sub为子孔径数据的方位向频率，f_dc为多普勒中心，j为信号的虚部，γ为调频率，t_c为目标的方位时刻，t_k为子孔径数据的中心时刻，R_B为，f_c为载频，c为光速，v₀为初始等效速度，β₃为三阶系数，β₄为三阶系数。

S32、根据所述第一方位向傅里叶变换信号得到高阶相位补偿函数：

S33、在二维频域利用所述高阶相位补偿函数对步骤S31中的第一方位向傅里叶变换信号进行补偿，将高阶相位补偿函数与第一方位向傅里叶变换信号相乘，得到所述高阶相位补偿信号：

其中，w_r(·)为信号的距离向窗函数，f_r为子孔径数据的距离向频率，w_a(·)为方位向窗函数，f_sub为子孔径数据的方位向频率，fd_c为多普勒中心，j为信号的虚部，γ为调频率，R_B为目标的最近距离，f_c为载频，c为光速，v₀为初始等效速度，t_k为子孔径数据的中心时刻。

S4、对所述高阶相位补偿信号进行距离徙动校正和距离脉压等距离向处理，得到距离向处理信号。具体包括步骤：

S41、对所述高阶相位补偿信号进行距离向逆傅里叶变换，得到第一距离向逆傅里叶变换信号。

其中，θ为斜视角,f_aM＝2v₀/λ。

S42、利用线频调变标函数对所述第一距离向逆傅里叶变换信号进行线频调变标处理，得到所述线频调变标处理信号。

具体的，线频调变标函数为：

其中，

利用线频调变标函数与步骤S41中第一距离向逆傅里叶变换信号相乘即可完成线频调变标处理，得到线频调变标处理信号。

S43、对所述线频调变标处理信号进行距离向傅里叶变换，得到第二距离向傅里叶变换信号。距离向傅里叶变换的具体方法请参见上述步骤，此处不再赘述。

S44、利用等距离向处理函数对所述第二距离向傅里叶变换信号进行距离徙动校正和距离脉压等距离向处理，得到所述距离向处理信号。

具体的，等距离向处理函数为：

利用等距离向处理函数与第二距离向傅里叶变换信号相乘即可完成距离徙动校正和距离脉压等距离向处理，得到距离向处理信号。

S5、将所述距离向处理信号的双曲相位转变为标准的二次相位，得到相位转换信号。具体包括步骤：

S51、对所述距离向处理信号进行距离向逆傅里叶变换，得到第二距离向逆傅里叶变换信号。距离向逆傅里叶变换的具体方法请参见上述步骤，此处不再赘述。

S52、利用相位转换函数，将所述第二距离向逆傅里叶变换信号的双曲相位转变为标准的二次相位，得到所述相位转换信号。

具体的，相位转换函数为：

其中，K_scl＝-2v²/λR_s，R_s为场景中心距离。

转变得到的相位转换信号为：

S6、对所述相位转变信号依次进行去调频操作和剩余相位补偿，得到目标子孔径图像。具体包括步骤：

S61、将所述相位转换信号进行方位向逆傅里叶变换，得到方位向逆傅里叶变换信号。

具体的，方位向逆傅里叶变换信号为：

s_k t,t_sub＝w_r t w_a t_k+t_sub-t_c×exp(jπK_scl t_k+t_sub-t_c)×exp-j2πf_dc t_k+t_sub

S62、利用去调频处理函数将所述方位向逆傅里叶变换信号进行去调频处理，得到去调频处理信号。

具体的，去调频处理函数为：

H₅ t,t_sub＝exp(-jπK_scl t_k+t_sub)×exp j2πf_dct_k+t_sub

利用去调频处理函数H₅ t,t_sub与步骤S61中的方位向逆傅里叶变换信号相乘，完成去调频处理，得到去调频处理信号。

S63、对所述去调频处理信号进行方位向傅里叶变换，得到第二方位向傅里叶变换信号。方位向傅里叶变换的具体方法请参见上述步骤，此处不再赘述。

S64、利用剩余相位补偿函数对所述第二方位向傅里叶变换信号进行剩余相位补偿，得到所述目标子孔径图像。

具体的，剩余相位补偿函数H₆ t,f_sub为：

H₆ t,f_sub＝exp-j2πf_subt_k

利用剩余相位补偿函数与步骤S63中的第二方位向傅里叶变换信号相乘完成剩余相位补偿，得到目标子孔径图像。

目标子孔径图像为低分辨率的子孔径图像，其表示为：

s_k t,f_sub＝w_r t w_a f_sub+K_sclt_c exp jπK_sclt_c2

S7、对若干所述目标子孔径图像进行相干叠加，得到全分辨率图像。

在图像域对若干所述目标子孔径图像进行相干叠加，得到全分辨率图像：

其中，w_r(·)为信号的距离向窗函数，w_a(·)为方位向窗函数，t为距离向快时间，f_sub为子孔径数据的方位向频率，K_scl＝2v²/λR_s，R_s为场景中心距离，t_c为目标的方位时刻，j为信号的虚部。

请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种成像几何示意图，其表明了回波数据的录取示意图。本实施例的实时成像方法将子孔径进行划分，在对子孔径信号进行处理后再进行相干叠加，相干叠加的每个子孔径都是独立的，可以在子孔径数据录取的同时能够进行成像处理，可以将回波数据录取结束后的图像生成时间缩短到一个子孔径数据的成像处理时间，具有很好的实时性，实现了更高效的高分辨率实时成像算法。

综上，本实施例的实时成像方法能够有效解决星载SAR聚束模式高分辨率实时成像的三个问题：第一个问题是星载SAR聚束模式下信号的方位向带宽大于脉冲重复频率所导致的方位向频谱混叠；第二个问题是星载SAR弯曲轨道引起的等效速度空变；第三个问题是提高成像处理的实时性。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例通过仿真对实时成像方法的效果作进一步的验证说明。

仿真一：聚束模式下的点仿真效果

表一 聚束模式的仿真参数表

聚束模式的点目标仿真参数如表一所示，点阵是按照3(距离)×3(方位)分布的。图4为本实施例星载聚束合成孔径雷达高分辨实时成像方法得到的聚束模式点目标成像结果。图5为图4中标记的点目标A在方位向和距离向上的相位散布函数和剖面散布函数的仿真结果。点目标A距离向和方位向上的峰值旁瓣比和积分旁瓣比的结果如表二所示。点目标A的峰值旁瓣比和积分旁瓣比都达到了要求，说明本实施例方法能够使点目标具有很好的聚焦效果。

表二 点目标A的峰值旁瓣比与积分旁瓣比的结果

图6a-图6f为点目标A在图像域进行子孔径相干叠加的成像过程，其中在处理回波数据时划分为167个子孔径。6a为1个子孔径的成像结果；6b为34个子孔径相干叠加得到的成像结果；6c为67个子孔径相干叠加得到的成像结果；6d为100个子孔径相干叠加得到的成像结果；6e为133个子孔径相干叠加得到的成像结果；6f为全部167个子孔径相干叠加得到的成像结果。从6a～6f可以看出随着子孔径叠加数目的增多，点目标的成像分辨率随之而提高。

图7a-图7f为点目标A子孔径相干叠加后方位信号频谱变化的过程，与图6一一对应。从7a～7f可以看出随着子孔径叠加数目的增多，点目标的方位谱在逐渐增加。

综上经过点目标仿真分析，本实施例的实时成像方法在通过子孔径拼接可以得到聚焦效果很好的全分辨率星载SAR聚束模式图像。

仿真二：实测数据成像处理

为了更进一步验证本实施例的成像方法，聚束模式下的实测数据应用本实施例的实时成像方法进行处理，实测数据参数如表三所示。图8为本发明实施例提供的星载聚束合成孔径雷达高分辨实时成像方法对聚束模式实测数据进行成像处理的结果。从成像结果可以看出实测数据得到了很好的聚焦，从而验证了本实施例成像方法的有效性。

表三 实测数据参数表

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。