孔径雷达子数据改进算法

合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)具有全天时、全天候，远距离、高分辨率成像等特点，并具有测距测速能力，可大大提高战场感知能力，弹载SAR已成为微波成像和精确制导领域的研究热点［1－2］。由于弹上条件限制，弹载合成孔径雷达天线孔径小，方位理论分辨率高，远大于实际需求，另外，导弹运动变化剧烈，采用子孔径数据成像，可在满足方位分辨率的前提下，减小数据采集时间和成像延时，降低处理难度和负担，是弹载合成孔径雷达一种有效的成像方式。SPECAN(SpectralAnalysis)及改进SPECAN算法［3－4］和ECS［5］(ExtendedChirpScaling)算法是常用的子孔径成像算法。SPECAN算法成像效率高，易于硬件实现［6］，但这一算法仅校正距离徙动的公共线性部分，成像精度低，多用于中低分辨率成像。ECS算法是子孔径数据成像的精确算法，在弹载SAR成像中采用的较多［7－9］，该算法能进行精确的距离徙动校正和高次相位补偿，但方位向chirpscal-ing操作会产生大量补零问题。本文分析了ECS算法的大量补零问题，提出一种改进ECS算法，克服了ECS需要补零的不足，并进行了仿真实验。

1回波信号模型

弹载SAR子孔径成像几何关系如图1所示。设雷达沿y轴方向运动，速度大小为v，斜视角为θc，点目标B的视线距离为Rc。在慢时间零时刻，雷达位于A点，波束中心穿过P点，点目标B与P点的方位距离为yn。

2ECS算法及其补零问题

2．1算法流程ECS算法通过距离向ChirpScaling和二维频域处理校正距离徙动，通过方位ChirpScaling将方位向信号补偿为线性调频信号，并使各距离单元的调频斜率一致，解决方位向输出间隔随距离变化的问题。ECS算法流程如图2所示。2

．2补零问题由(17)式可知，经过方位向调频斜率调整，信号变换到方位时域后，一方面信号时宽发生变化;另方位向高次相位补偿之前的处理流程与ECS算法相同，不进行调频斜率一致化调整的方位向高次相位补偿信号H4为:信号能量分布在方位向的展宽要求ECS算法在一步处理前对信号补零，否则，方位向IFFT之后，Ta范围之外的信号能量就会卷绕进Ta内，导致最终成像结果中目标峰值降低，主瓣展宽，并出现严重的虚假目标，而方位向补零导致算法效率降低，实时性变差。

3改进ECS算法

方位向调频斜率的一致化调整是出现上述问题的根本原因，本文算法在补偿方位向高次相位时不进行调频斜率调整，采用变标傅里叶变换(ScaledFourierTransform，SCFT)校正方位向输出间隔随距离变化的扇形畸变。算法流程如图3所示。

4仿真实验及结果分析

仿真参数如表1所示。设置地面上大小为200m(x向)×400m(y向)的目标点阵进行仿真成像，点阵中心的斜距为9km，方位为－100m。成像结果如图5(a)所示。为说明ECS算法在不补零情况下的目标卷绕问题，在相同条件下，采用ECS算法成像，结果如图5(b)所示。由图5可见，改进ECS算法能将目标压缩到正确位置，而ECS算法出现严重的虚假目标。斜距为9km的3个点目标方位向性能指标如表2所示。由表2可见，对于改进ECS算法，3个点目标压缩性能一致，对于ECS算法，目标1和目标2产生了虚假目标，其峰值降低，主瓣展宽。由以上仿真结果可看出，改进ECS算法可得到良好的成像结果，并能克服ECS算法中调频斜率一致化调整所导致的大量补零问题。

5结束语

ECS算法是弹载SAR子孔径成像常采用的算法。本文分析了ECS算法方位向CS操作所产生的大量补零问题，提出了一种改进ECS算法，采用变标傅里叶变换校正方位向输出间隔随距离变化的扇形畸变，克服了ECS算法需要大量补零的不足。仿真实验表明，改进ECS算法无需补零，并可得到良好的成像结果。