一种基于多普勒频率展开的双基地合成孔径雷达成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多普勒频率展开的双基地合成孔径雷达系统成像方法，它是通过将精确的双基SAR二维频谱表达式关于多普勒频率进行泰勒展开，简化了求解二维频谱表达式；利用omega-k算法的思想，根据二维频谱的表达式，得到系统的二维STOLT关系，最后通过利用二维STOLT关系，采用二维非均匀傅里叶变换来近似二维STOLT插值，完成系统的成像。与传统方法相比，由于它是基于简洁且精确的二维频谱，使得点目标聚焦良好，另外，充分考虑多普勒频率的高次项对成像结果的影响，使得成像算法能够对场景精确成像，并且由于只考虑多普勒频率，在很大程度上减少双基地成像算法的复杂度。
【专利说明】一种基于多普勒频率展开的双基地合成孔径雷达成像方法
【技术领域】
[0001]本技术发明属于雷达【技术领域】，它涉及了双基地合成孔径(BiSAR)雷达成像【技术领域】。
【背景技术】
[0002]双基地合成孔径雷达(Bistaticsynthetic aperture radar,简写为 BiSAR)是指收发天线分置于两个不同运动平台的雷达系统。与单基地SAR相比，双基SAR具有构造特殊，安全性高，隐蔽性好，抗干扰能力强，低成本和灵活性强的优点，并且能够实现一些单基地SAR所无法实现的特殊模式，如前视成像。双基成像是一种非常具有应用价值的成像模式，可应用于导弹导航、恶劣天气下的飞机导航及着陆等方面。鉴于双基地SAR的多种优势，对双基地SAR成像技术的研究具有重要意义。
[0003]由于二维频谱的表达式是双基频域成像算法的研究的基础，但是双基地SAR斜距史表达式复杂，导致驻定相位时间的求解变得复杂，成为二维频谱的表达式求解的最严重的障碍。目前，已出现一些对双基地二维频谱求解的近似表达式，如ExtendingLoffelcT s bistatic formula (ELBF), Method of Series Reversion (MSR)和 theMethod of air-phase(AP), 详见 R.Wang, et al, “Extending 1ffelcT sbistaticformula for the general bistatic sar configuration，，，Yew Lam Ne0.et al, “ATwo-DimensionalSpectrum for Bistatic SAR Processing Using Series Reversion，，和Liu.z.et al, “Study on spaceborne/airborne hybrid bistatic sar image formationin frequency domain”。这些方法能够近似得到二维频谱表达式,但是表达式过于复杂,不利于后续成像处理的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决双基地斜距史的双根号问题及克服二维频谱求解复杂的缺点，提供一种基于多普勒频率展开的双基地合成孔径雷达系统成像方法。该方法一方面基于简洁且精确的二维频谱，使得点目标聚焦良好，另一方面充分考虑多普勒频率的高次项对成像结果的影响，使得成像算法能够对场景精确成像，并且由于只考虑多普勒频率，在很大程度上减少双基地成像算法的复杂度。
[0005] 为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义:
[0006]定义1、慢时间和快时间
[0007]慢时间就是方位向时间，记为ta，指收发平台飞过一个飞行孔径所需要的时间，由于雷达以一定的周期I；发射接收脉冲，慢时间可以表示为一个离散化的时间变量& =η?；，其中η = 1，…N，η为脉冲重复周期序号，N为一个合成孔径内慢时间的离散个数，Tr为脉冲重复周期。
[0008]快时间就是距离向时间，指电磁波从平台传播到目标之间的时间，记为t。
[0009]方位向多普勒频率是指慢时间傅里叶变换之后的域。(详见“保铮，邢孟道，王彤，《雷达成像技术》，24-30页”)
[0010]距离向频率是指快时间傅里叶变换之后的域。(详见“保铮，邢孟道，王彤，《雷达成像技术》，24-30页”)
[0011]定义2、零多普勒时刻
[0012]零多普勒时刻是指多普勒频率为零时的慢时间，记为ta。。
[0013]定义3、双基SAR系统相关参数描述
[0014]发射机平台斜距史记为
【权利要求】
1.一种基于多普勒频率展开的双基地合成孔径雷达成像方法，其特征是它包括如下步骤: 步骤1、初始化双基地回波信号 双基地前视合成孔径雷达系统参数如下:在三维笛卡尔坐标系中，收发平台初始位置，分别记做Ps0 (xs0，Ys0，Hs)和Pr0 (Xr0, Yr0, Hr)，其中Xs0, Ys0, Hs分别表示发射平台的初始三维坐标，分别表接收平台的初始三维坐标；收发平台速度矢量分别为Vs (O，υ3,0)和Vs (O, us，0)，其中Us表示发射平台y方向的速度大小，\表示接收平台y方向的速度大小；雷达发射线性调频信号，发射信号的中心频率为Ftl,脉冲重复周期为PRF，发射脉冲的时宽为T，发射脉冲的调频斜率为K，发射脉冲的带宽为B，回波方位向采样点数Nplus，回波距离向上的采样点数N，其中Nplus和N均为正整数，距离向上的采样频率为F，观测场景的距离向总长度为R米，方位向总长度为Z米； 回波信号数据矩阵s (t，ta)，它是一个Nplus行和N列的矩阵，回波数据矩阵s (t，ta)的每行数据是快时间的回波信号采样数据，每列数据是慢时间的回波采样数据；以上双基地前视合成孔径雷达系统参数均为已知； 步骤2、回波信号距离向脉冲压缩 将步骤I中的回波信号数据矩阵s(t，ta)在快时间上做传统的快速傅里叶变换，并采用传统的脉冲压缩处理方法进行标准脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩后的距离频域信号SS (f，ta)，其中，t为快时间，ta为慢时间，f为距离向频率； 步骤3、回波信号的方位向傅里叶变换 对步骤2中得到 距离向脉冲压缩后的距离频域信号SS(f，ta)在慢时间上做传统的快速傅里叶变换，得到回波信号的二维频谱S1 (f，fa)，其中，ta为慢时间，4为方位向多普勒频率，f为距离向频率； 步骤4、参考点相位补偿 采用传统的基于多普勒频率展开方法，得到参考点二维频谱SJf，fa),再对参考点二维频谱SJf，fa)取复共轭，得到将步骤3中得到的回波信号的二维频谱S1 (f，fa)与参考点二维频谱SJf，fa)的复共轭:S纟(/,/s)相乘，得到参考点相位补偿之后的回波信号的二维频谱S2 (f，fa)，如下式所示 S2(IJa) =Sl(IJe) XS^ifJe) 其中，参考点是观测场景中目标中心点，可以用下标ref表示；根据计算公式:Miref = Kctref 十 k ;refK2ref ~f.^ref K3ref 十 WrefKiref ，mIwrnf = aW - ktr?fK2r,f - ^rafK3ref - ^Zref ~ ^2ref^trmfi M4ref = K3ref_klrefK4ref, M5ref = M4ref,得到参考点的距离向位置信息Mlraf,参考点的方位向位置信息M2Mf以及参考点位置信息的高次耦合项 M3Mf，M4ref 和 Mfcef ;其中，Klmf = 9-^\ — ,1 = 0,1,2,3,4，
【文档编号】G01S13/90GK103543452SQ201310452860
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】张晓玲, 张龙, 陈远河, 时代奇 申请人:电子科技大学