基于四阶传递函数大斜视角SAR成像算法

　　1　引言

　　斜视SAR在实用中具有很高的机动性,它通过天线改变波束指向,可以对前方的目标预先成像、对后方的目标再次成像,可以重访热点地区、军事上实时侦查与打击,近年来已成为SAR研究的一个重点。

　　SAR成像是一个二维匹配滤波过程, SAR回波信号与一个二维系统函数卷积后,实现成像过程,因此二维系统函数决定了成像算法的性能。SAR工作在大斜视角模式,回波信号在距离和方位向存在着严重的耦合。多普勒特性与斜视角的大小有关,传统成像方法中仅使用多普勒质心和多普勒调频斜率两个参数进行成像,对于大斜视SAR成像是无法达到成像精度要求的,它必然带来成像质量的下降和图像定位的误差。当斜视角增大时,低阶传递函数算法在进行方位向相位的近似误差增大,从而无法满足成像要求。

　　针对大斜视回波信号的特点,本文使用四阶距离模型,分析了方位相位误差随斜视角变化关系,研究了四阶传递函数[6]成像算法,并给出具体的算法流程,最后通过仿真对算法有效性进行验证,性能进行分析。仿真结果表明,该算法可有效补偿大斜视角时方位向近似误差,具有较高的精度,满足大斜视时成像要求。

　　2　斜视SAR回波模型

　　2. 1　斜视SAR回波几何模型

　　图1所示为SAR工作在斜视模式时, SAR与点目标之间的几何关系[7]。

　　载机的速度为Vr,斜视角大小为θc,点目标P和SAR的最近距离设为R0,视线距离为Rc,设以载机位于A点的时刻为慢时间起点,此时波束射线与通过P点而与航线的平行线交于B点,将此点作为该平行线上的慢时间起点。

　　3　目标方位相位分析

　　3.1　方位相位史

　　在(1)式中,令Xn=0,并将R(tm;Rc)在tm=0点进行泰勒展开,取其四次展开式,可得(6)式,如下所示：

　　3.2　相位误差分析

　　目标散射点的距离徙动对回波信号的影响主要有两个方面: (1)对包络的影响; (2)对回波信号载波相位(即方位多普勒信号)的影响。

　　通过对波长为0.03m和0. 05m的载波计算合成孔径时间内的各阶近似相位误差,分析相位误差随斜视角变化关系。这里的误差是对合成孔径时间内的各阶相位误差先取统计平均,然后取绝对值得到的结果,系统参数为:雷达飞行速度为2000m /s,天线长度2m,成像中心斜距500km,方位向过采样率1. 2。

　　图2为仿真结果,可看出,当斜视角超过40度时,二阶近似相位误差很大,因此应使用三阶近似距离方程;当斜视角超过60度时,此时三阶近似误差增大,此时应使用四阶近似距离方程。另外当波长增大时,相位误差越大,对于波长较大载波应使用高阶近似距离方程。