圆周合成孔径雷达成像方法及系统、设备、介质及终端

1.本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种圆周合成孔径雷达成像方法及系统、设备、介质及终端。


背景技术：

2.目前，合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)成像是一种重要的高分辨率对地观测技术手段，因具有全天时全天候工作的特点，近年来得到了迅速发展和广泛关注。为了满足不断增长的军用和民用需求，sar技术沿着多个方向演化。圆周sar(circular sar，csar)技术便是雷达合成孔径流形演化的主要代表。孔径流形是指雷达收发通道在成像运动过程中所形成的轨迹形态。与以传统直线轨迹sar为代表的直线状孔径流形相比，csar成像围绕观测场景形成360
°
圆周孔径流形，能够获取观测目标的全方位散射特征。此外，观测角度(方位积累角)的增加，展宽了目标方位频谱，使得理论上csar能够获取远优于lsar的图像分辨率。
3.地形起伏对sar成像，尤其是高频高精度csar成像，具有不可忽视的影响。目前国内外主要依靠由其他手段获取的观测区域数字地形高程(digital elevation model，dem)数据来减小地形起伏带来的影响。此外，从国内外已公开的机载csar成像试验与实测数据处理结果来看，所选取的试验观测场景大多数是地形起伏变化较小的平坦区域，在一定程度上降低了地形起伏对csar成像的影响。但是使得基于这些数据所研究算法在地形起伏剧烈的观测区域具有局限性。因此为了拓展csar的实用范围，必须研究有效方法来解决高地形起伏区域的csar成像问题。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，基于观测区域数字地形高程数据所研究的算法在地形起伏剧烈的观测区域具有局限性。
5.解决以上问题及缺陷的难度为：在无数字高程数据辅助下，现有csar成像技主要采取对观测场景进行地形高程估计的方法，减小地形起伏误差的影响。但是，进行基于csar系统的高程估计不仅带来了大量额外的计算量，而且估计精度有限，能消减起伏影响有限。
6.解决以上问题可以解决高地形起伏区域的csar成像问题，拓展csar的实用范围。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种圆周合成孔径雷达成像方法及系统、设备、介质及终端，尤其涉及一种基于多层聚焦的圆周合成孔径雷达成像方法及系统、设备、介质及终端。
8.本发明是这样实现的，一种圆周合成孔径雷达成像方法，所述圆周合成孔径雷达成像方法包括：
9.对完整csar数据进行孔径分割，结合数据采用快速算法分别对子孔径数据进行成像，获取子图像；以子孔径图像中位于不同高程平面的局部图像为参考进行配准，获得一组不同景深的csar图像；最后将获得的不同景深的图像进行多聚焦融合，获取全聚焦图像。
10.进一步，所述圆周合成孔径雷达成像方法包括以下步骤：
11.步骤一，根据csar系统参数、成像几何和图像分辨率划分子孔径数据；
12.步骤二，采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行子孔径成像；
13.步骤三，子孔径图像直接累加获取原始csar图像，并选取“焦点”区域；
14.步骤四，根据选取的焦点区域进行配准，获取多“聚焦深度”csar图像；
15.步骤五，对多“聚焦深度”csar图像进行融合处理，获取最终成像结果。
16.进一步，所述步骤一中，根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据。
17.进一步，所述步骤二中，采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像。
18.进一步，所述步骤三中，对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，并选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点。
19.进一步，所述步骤四中，以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果。
20.所述步骤五中，对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
21.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的圆周合成孔径雷达成像方法的圆周合成孔径雷达成像系统，所述圆周合成孔径雷达成像系统包括：
22.圆周孔径数据划分模块，用于根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据；
23.孔径数据成像处理模块，用于采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像；
24.子图像累加模块，用于对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，并选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点；
25.配准融合处理模块，用于以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果；
26.全聚焦成像结果获取模块，用于对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
27.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
28.根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据；采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像；对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，并选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点；
29.以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果；对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
30.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述
计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
31.根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据；采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像；对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，并选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点；
32.以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果；对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
33.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的圆周合成孔径雷达成像系统。
34.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的圆周合成孔径雷达成像方法，适用于地形起伏区域csar成像，借鉴光学图像多聚焦融合成像原理，利用局部平面为“焦点”，通过对子图像配准获取一组不同“聚焦深度”的图像，然后通过对这组图像融合获取全聚焦图像，从而解决无外部高程辅助数据条件下的图像聚焦问题，获取高质量csar二维成像结果。本发明不仅减少了csar二维成像中由于高程误差导致的局部区域散焦，还便于使用，只进行了一次成像处理，获取了多幅不同聚焦深度的csar图像，减小了算法的计算量。同时，本发明方法通过实测雷达回波数据进行了验证，实验结果证明了本发明的有效性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像方法流程图。
37.图2是本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像方法原理图。
38.图3是本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像系统结构框图。
39.图4a 4b是本发明实施例提供的不同聚焦深度的csar图像。
40.图5是本发明实施例提供的经所提算法融合后获得的csar图像结果示意图。
41.图中：1、圆周孔径数据划分模块；2、孔径数据成像处理模块；3、子图像累加模块；4、配准融合处理模块；5、全聚焦成像结果获取模块。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种圆周合成孔径雷达成像方法及系统、设备、介质及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
44.如图1所示，本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像方法包括以下步骤：
45.s101，根据csar系统参数、成像几何和图像分辨率划分子孔径数据；
46.s102，采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行子孔径成像；
47.s103，子孔径图像直接累加获取原始csar图像，并选取“焦点”区域；
48.s104，根据选取的焦点区域进行配准，获取多“聚焦深度”csar图像；
49.s105，对多“聚焦深度”csar图像进行融合处理，获取最终成像结果。
50.本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像方法原理图如图2所示。
51.如图3所示，本发明实施例提供的圆周合成孔径雷达成像系统包括：
52.圆周孔径数据划分模块1，用于根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据；
53.孔径数据成像处理模块2，用于采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像；
54.子图像累加模块3，用于对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，并选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点；
55.配准融合处理模块4，用于以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果；
56.全聚焦成像结果获取模块5，用于对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
57.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
58.实施例1
59.本发明提出一种适用于地形起伏区域csar成像方法，借鉴光学图像多聚焦融合成像原理，利用局部平面为“焦点”，通过对子图像配准获取一组不同“聚焦深度”的图像，然后通过对这组图像融合获取全聚焦图像，从而解决无外部高程辅助数据条件下的图像聚焦问题，获取高质量csar二维成像结果。
60.本发明的基本思路是：首先，对完整csar数据进行孔径分割，结合数据采用快速算法分别对子孔径数据进行成像，获取子图像；然后以子孔径图像中位于不同高程平面的局部图像为参考进行配准，获得一组不同景深的csar图像；最后，进行将获得的不同景深的图像进行，多聚焦融合获取全聚焦图像。
61.本发明所提出的基于多层聚焦的圆周合成孔径雷达成像方法，其技术方案包括以下处理步骤：
62.第一步，根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，将完整的圆周孔径数据按观测方位角等分为n子孔径数据；
63.第二步，采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行成像处理，获取相应的n个子图像；
64.第三步，对子图像进行直接累加，获取以参考平面为景深的csar成像结果，选取图像中m个未聚焦局部区域为焦点；
65.第四步，以选取的局部区域“焦点”作为图像匹配参考，进行子图像的配准融合处理，获取m个不同“聚焦深度”的csar成像结果；
66.第五步，对不同“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取全聚焦成像结果。
67.本发明提供的一种适用于无数字高程数据辅助下圆周合成孔径雷达二维高分辨
率成像，方法不仅减少了csar二维成像中由于高程误差导致的局部区域散焦，还便于使用，只进行了一次成像处理，获取了多幅不同聚焦深度的csar图像，减小了算法的计算量。
68.实施例2
69.图2为本发明的流程图。本发明实施例提供的基于自适应交替稀疏重构的射频干扰信号抑制方法，包括以下步骤：
70.第一步，根据csar系统参数、成像几何以及所需图像分辨率，进行子孔径数据划分；第二步，采用高分辨率快速成像算法对子孔径数据进行子孔径成像；第三步，子孔径图像直接累加获取原始csar图像，并进行“焦点”区域选取；第四步，根据选取的焦点区域进行配准，获取多“聚焦深度”的csar图像；第五步，对多“聚焦深度”的csar图像进行融合处理，获取最终成像结果。
71.本发明方法通过实测雷达回波数据进行了验证，实验结果证明了本发明的有效性。
72.图4是测试雷达系统的工作方式示意图。对某城镇区域的l波段csar子孔径图像以局部不同高度平面为聚焦中心进行图像匹配处理的结果。其中图4(a)为以a区域为“焦点”平面获得的匹配结果，图4(b)则是以b区域为“焦点”平面获得的匹配结果。观察两幅图像可发现，上下两图在各自的“焦点”平面附近区域内均聚焦良好，而与之“焦点”平面高度相差较大的区域则散焦严重。
73.图5是采用所提方法进行多层聚焦融合后获得的csar图像。可看出在原来图像散焦区域，经过融合后，获得了有效聚焦，有效矫正了由于图像地形起伏不一致导致的局部区域散焦问题，说明本发明方法对无高程数据下的成像地形起伏引起的散焦具有良好抑制作用。
74.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solid state disk(ssd))等。
75.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。