直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR與雙基SAR大斜視成像算法研究

摘要：

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種通過合成大的孔徑實(shí)現(xiàn)高分辨率雷達(dá)圖像的無源遙感技術(shù)。直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR和雙基SAR是SAR技術(shù)的兩種重要實(shí)現(xiàn)形式，特點(diǎn)是可以在直升機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行成像。本文基于直升機(jī)載平臺(tái)的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR與雙基SAR大斜視成像算法。

1.引言

隨著無人機(jī)和直升機(jī)在航空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，利用飛機(jī)平臺(tái)進(jìn)行SAR成像的需求越來越大。直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR和雙基SAR是兩種常用的直升機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)SAR成像的方法。其中，直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR通過旋轉(zhuǎn)天線實(shí)現(xiàn)立體視角成像，而雙基SAR則通過在直升機(jī)上設(shè)置兩個(gè)天線實(shí)現(xiàn)斜視觀測。

2.直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR大斜視成像算法

直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR大斜視成像算法是基于旋轉(zhuǎn)式SAR成像算法進(jìn)行改進(jìn)得到的。該算法通過考慮平臺(tái)波束旋轉(zhuǎn)對(duì)回波的影響，進(jìn)一步優(yōu)化成像結(jié)果。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

2.1數(shù)據(jù)校正

由于直升機(jī)平臺(tái)存在姿態(tài)變化和波束旋轉(zhuǎn)等問題，需要對(duì)接收到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。首先，進(jìn)行方位校正，即將每個(gè)檢測點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)通過方位校正矩陣進(jìn)行修正，消除平臺(tái)波束旋轉(zhuǎn)的影響。然后，進(jìn)行俯仰校正，即將方位校正后的數(shù)據(jù)通過俯仰校正矩陣進(jìn)行修正，消除平臺(tái)姿態(tài)變化的影響。

2.2圖像回波聚集

校正后的數(shù)據(jù)可以得到每個(gè)檢測點(diǎn)的單通道回波數(shù)據(jù)，為了獲得高分辨率的圖像，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)聚集處理。一種常用的方法是多通道回波聚集，即將不同方位和俯仰角的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，形成高質(zhì)量的合成孔徑圖像。

2.3成像結(jié)果優(yōu)化

在得到初步的合成孔徑圖像后，可以針對(duì)大斜視成像情況進(jìn)行優(yōu)化。大斜視成像會(huì)導(dǎo)致圖像模糊和分辨率下降，因此需要采用合適的算法進(jìn)行圖像質(zhì)量提升。一種常用的方法是斜視成像模糊函數(shù)的補(bǔ)償，通過對(duì)合成孔徑圖像進(jìn)行退模糊處理，提高圖像的分辨率和清晰度。

3.雙基SAR大斜視成像算法

雙基SAR大斜視成像算法是基于雙基SAR成像算法進(jìn)行改進(jìn)得到的。該算法通過兩個(gè)天線的斜視觀測，獲得不同視角的回波數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)大斜視成像。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

3.1天線幾何解算

雙基SAR需要對(duì)兩個(gè)天線的位置進(jìn)行精確計(jì)算，以確定雙基線的幾何結(jié)構(gòu)。通過測量兩個(gè)天線的位置和姿態(tài)信息，可以建立雙基線的坐標(biāo)系，并計(jì)算出回波信號(hào)在該坐標(biāo)系下的幾何距離。

3.2數(shù)據(jù)融合

雙基SAR通過將兩個(gè)天線的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，形成雙通道的合成孔徑圖像。融合過程需要考慮兩個(gè)通道之間的相位差異和幅度變化，以保持圖像的一致性和準(zhǔn)確性。

3.3成像結(jié)果優(yōu)化

在得到雙通道的合成孔徑圖像后，可以通過成像結(jié)果的優(yōu)化進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。首先，可以采用多通道聚集的方法，將不同通道的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，提高圖像的分辨率和清晰度。其次，可以進(jìn)行斜視成像模糊函數(shù)的補(bǔ)償，消除大斜視帶來的圖像模糊。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文基于飛機(jī)平臺(tái)上的直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR和雙基SAR，設(shè)計(jì)了相關(guān)算法并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的算法可以有效地實(shí)現(xiàn)大斜視成像，并獲得高分辨率的合成孔徑圖像。與傳統(tǒng)算法相比，提出的算法具有更好的圖像質(zhì)量和成像效果。

5.結(jié)論

本文主要研究了直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR與雙基SAR大斜視成像算法。通過校正數(shù)據(jù)、回波聚集和成像結(jié)果優(yōu)化等步驟，實(shí)現(xiàn)了在直升機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行大斜視成像的高分辨率合成孔徑雷達(dá)圖像。仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提出的算法具有較好的成像效果，將對(duì)航空遙感領(lǐng)域的研究和應(yīng)用具有重要意義本文通過研究直升機(jī)載旋轉(zhuǎn)式SAR和雙基SAR的大斜視成像算法，通過校正數(shù)據(jù)、回波聚集和成像結(jié)果優(yōu)化等步驟，成功實(shí)現(xiàn)了在直升機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行高分辨率合成孔徑雷達(dá)圖像的大斜視成像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提