本發(fā)明涉及雷達(dá)成像，特別涉及一種基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、視頻合成孔徑雷達(dá)(video?synthetic?aperture?radar，visar)是一種先進(jìn)的雷達(dá)成像技術(shù)，結(jié)合了傳統(tǒng)sar的高分辨率成像能力與視頻監(jiān)控的連續(xù)性優(yōu)點(diǎn)。它通過對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，可以生成序列幀圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面或目標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)控。機(jī)動(dòng)平臺(tái)sar構(gòu)型靈活，通常處于大斜視情況，與視頻sar結(jié)合，可以大大提升機(jī)動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)探測(cè)能力。因此，與傳統(tǒng)sar只能獲取靜態(tài)圖像不同，機(jī)動(dòng)平臺(tái)視頻sar能夠捕捉目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息，在災(zāi)害監(jiān)測(cè)、交通管理等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

2、現(xiàn)有機(jī)動(dòng)平臺(tái)視頻sar成像方法主要有兩大類：頻域算法和時(shí)域算法。頻域算法中，pfa算法是早期提出的用于成像頻域的方法，隨后被廣泛應(yīng)用于sar成像。其特點(diǎn)是利用快速傅里葉變換在波數(shù)域中進(jìn)行高效聚焦，但它基于平面波假設(shè)，限制了成像場(chǎng)景的范圍。其他頻域算法，如rda、rma、csa等可以適用于不同的成像需求，尤其是在復(fù)雜場(chǎng)景下具有更高的適應(yīng)性和操作靈活性，但這些算法大都基于雷達(dá)平臺(tái)直飛的模式下。時(shí)域算法可以適應(yīng)任意軌跡，包括傳統(tǒng)反投影算法、遞歸反投影算法、快速因式分解反向投影算法，傳統(tǒng)反投影算法具有高精度但計(jì)算復(fù)雜度極高；遞歸反投影算法存在誤差積累局限性；用于視頻sar成像的快速因式分解反向投影算法將成像場(chǎng)景劃分為興趣區(qū)域(roi)和一般區(qū)域(gr)，在不同區(qū)域采用不同的孔徑長(zhǎng)度進(jìn)行成像，從而提升roi區(qū)的分辨率，同時(shí)通過遞歸方法降低了視頻sar成像的計(jì)算復(fù)雜度，但在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)計(jì)算負(fù)擔(dān)依然存在。

3、因此，目前的機(jī)動(dòng)平臺(tái)視頻sar成像方法無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的高分辨和高幀率的成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中視頻sar成像方法無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的高分辨和高幀率的成像。

2、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，所述方法包括：

3、建立基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar的回波信號(hào)模型，利用回波信號(hào)模型根據(jù)機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)得到對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)；

4、對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行子孔徑分割，利用第一個(gè)子孔徑信號(hào)完成全孔徑成像以生成第一幀圖像，后從第一幀圖像的頻譜中利用時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜；

5、分別對(duì)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜進(jìn)行自聚焦誤差補(bǔ)償，并利用相位相關(guān)法恢復(fù)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜的相位相干特性；

6、將恢復(fù)相干性后新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜融合生成新的一幀圖像，重復(fù)執(zhí)行上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜分離與更新幀的非重疊孔徑信號(hào)頻譜融合實(shí)現(xiàn)下一幀的圖像生成，以形成視頻sar成像。

7、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，所述對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行子孔徑分割，利用第一個(gè)子孔徑信號(hào)完成全孔徑成像以生成第一幀圖像，后從第一幀圖像的頻譜中利用時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜的步驟包括：

8、利用預(yù)設(shè)的重疊幀率進(jìn)行子孔徑分割，重疊幀率表示為；

9、；

10、其中，表示方位分辨率，表示載頻，表示平臺(tái)等效速度，表示中心波束斜視角，表示最短斜距，表示重疊率， c表示光速；

11、基于駐定相位原理，將第一個(gè)子孔徑信號(hào)通過傅里葉變換以變換到距離頻域，采用gcbp算法將接收的第一個(gè)子孔徑信號(hào)進(jìn)行成像處理，得到第一幀圖像的信號(hào)表示形式：

12、；

13、其中，場(chǎng)景中存在任意點(diǎn)，為積分變量代換引入的雅可比行列式，和分別表示方位向和距離向波數(shù)矢量的大小， j表示虛數(shù)單位；

14、利用預(yù)設(shè)的頻譜空變校正函數(shù)對(duì)第一幀圖像進(jìn)行校正得到圖像二維頻譜，后從第一幀圖像的圖像二維頻譜中利用時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜。

15、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，頻譜空變校正函數(shù)表達(dá)式為：

16、;

17、其中， j表示虛數(shù)單位，、和分別表示子孔徑中心方位時(shí)刻對(duì)應(yīng)方位位置、距離位置以及高度，表示波束矢量中心，表示載波頻率的波長(zhǎng)，表示第一步頻譜校正后的目標(biāo)的距離頻譜，表示目標(biāo)的距離頻譜，表示目標(biāo)的距離頻譜中心，表示場(chǎng)景距離中心；

18、經(jīng)過第一步頻譜校正后，利用平移函數(shù)對(duì)頻譜進(jìn)行距離和方位的平移，其中，平移函數(shù)表示為：

19、；

20、其中，和分別表示校正后的方位、距離頻譜，為斜視角。

21、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，所述從第一幀圖像的圖像二維頻譜中利用時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜的步驟包括：

22、通過確立的成像場(chǎng)景的中心坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的直角坐標(biāo)系下方位頻譜和距離頻譜，計(jì)算出譜寬，表示為：

23、；

24、其中，和表示展寬系數(shù)；

25、通過譜寬計(jì)算出網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻譜：

26、；

27、其中，和分別表示方位和距離分辨率，和分別為子孔徑圖像的距離譜和方位譜的中心頻率點(diǎn)，為方位網(wǎng)格頻譜，為距離網(wǎng)格頻譜；

28、時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系為任意方位時(shí)刻與方位網(wǎng)格頻譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表示為：

29、;

30、其中，表示成像場(chǎng)景的中心坐標(biāo)，表示任意方位時(shí)刻的有效發(fā)射頻率，表示任意方位時(shí)刻的距離網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)頻率，表示任意方位時(shí)刻對(duì)應(yīng)的孔徑方位位置，表示瞬時(shí)理想天線相位中心到目標(biāo)的瞬時(shí)斜距；

31、基于頻譜先進(jìn)先出，利用滿足視頻sar幀率和高分辨率的孔徑重疊率，計(jì)算出非重疊孔徑起始方位時(shí)間和結(jié)束方位時(shí)間對(duì)應(yīng)的頻譜網(wǎng)格位置區(qū)間，將頻譜網(wǎng)格位置區(qū)間內(nèi)圖像頻譜部分從中分離以分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜。

32、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，所述分別對(duì)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜進(jìn)行自聚焦誤差補(bǔ)償，并利用相位相關(guān)法恢復(fù)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜的相位相干特性的步驟包括：

33、通過時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系提取新的非重疊孔徑信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)的頻譜，將頻譜和頻譜搬移到相同的頻譜中心；

34、通過計(jì)算頻譜和頻譜之間的互功率譜，并進(jìn)行逆傅里葉變換，定位脈沖峰值位置獲得孔徑段圖像之間的偏移量，隨后在圖像的頻域內(nèi)應(yīng)用線性相位乘法來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像在空間上的對(duì)齊以恢復(fù)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜的相位相干特性。

35、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，所述將恢復(fù)相干性后新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜融合生成新的一幀圖像的步驟包括：

36、將新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜分別做二維逆傅里葉變換轉(zhuǎn)換到時(shí)域，在時(shí)域分別乘以相位，使得搬移至下一幀孔徑的中心頻率位置，再轉(zhuǎn)換到頻域?qū)崿F(xiàn)相加融合，隨后進(jìn)行二維逆傅里葉變換生成新的一幀圖像；

37、其中，的表達(dá)式為：

38、

39、其中， j表示虛數(shù)單位，表示波束矢量中心，表示載波頻率的波長(zhǎng)，、和分別表示第幀孔徑方位時(shí)刻對(duì)應(yīng)方位位置、距離位置以及高度。

40、進(jìn)一步的，上述基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像方法，其中，所述建立基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar的回波信號(hào)模型，利用回波信號(hào)模型根據(jù)機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)得到對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)的步驟包括：

41、機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)和距離壓縮后，得到的對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)表示為：

42、;

43、其中，表示距離快時(shí)間，表示方位慢時(shí)間，表示信號(hào)帶寬，表示載波頻率的波長(zhǎng)，表示光速，表示目標(biāo)的方位角窗口，表示瞬時(shí)理想天線相位中心到目標(biāo)的瞬時(shí)斜距， j表示虛數(shù)單位。

44、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar快速成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

45、獲取模塊，用于建立基于機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar的回波信號(hào)模型，利用回波信號(hào)模型根據(jù)機(jī)動(dòng)平臺(tái)的視頻sar系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)得到對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)；

46、分割模塊，用于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行子孔徑分割，利用第一個(gè)子孔徑信號(hào)完成全孔徑成像以生成第一幀圖像，后從第一幀圖像的頻譜中利用時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系分離出重疊孔徑信號(hào)頻譜；

47、補(bǔ)償模塊，用于分別對(duì)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜進(jìn)行自聚焦誤差補(bǔ)償，并利用相位相關(guān)法恢復(fù)新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜的相位相干特性；

48、成像模塊，用于將恢復(fù)相干性后新的非重疊孔徑信號(hào)頻譜與上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜融合生成新的一幀圖像，重復(fù)執(zhí)行上一幀的重疊孔徑信號(hào)頻譜分離與更新幀的非重疊孔徑信號(hào)頻譜融合實(shí)現(xiàn)下一幀的圖像生成，以形成視頻sar成像。

49、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

50、本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

51、本發(fā)明通過時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)頻譜進(jìn)行分離與融合，在頻譜融合前，對(duì)兩部分信號(hào)進(jìn)行自聚焦誤差補(bǔ)償，以消除相位誤差對(duì)成像的影響；誤差補(bǔ)償后，利用重疊部分的頻譜進(jìn)行相位相關(guān)處理以恢復(fù)相干特性，有效減少成像中的不連續(xù)性和散焦現(xiàn)象，從而保證高幀率、高分辨率的圖像聚焦良好且穩(wěn)定輸出，而利用連續(xù)幀圖像之間的關(guān)聯(lián)特性提升時(shí)域快速成像效率，在頻域?qū)崿F(xiàn)了“滑動(dòng)”更新，從而避免了圖像域的插值操作帶來(lái)的運(yùn)算量，實(shí)現(xiàn)了快速的高幀率、高分辨率的成像。解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的高幀率、高分辨率的成像。