一种固定发射站双基正侧视sar成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，它特别涉及合成孔径雷达成像技术中的固定发射站双 基正侧视SAR的成像方法。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种全天时、全天候的现代高 分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨 率。在地形测绘、植被分析、海洋及水文观测、环境及灾害监视、资源勘探以及地壳微变检测 等领域，合成孔径雷达发挥了越来越重要的作用。
[0003] 双基SAR是一种新的雷达体制，系统发射站和接收站分置于不同平台上。相对单 基SAR而言，具有获取目标信息丰富、作用距离远、安全性好、抗干扰能力强等优点，因而使 其成为当今高科技条件下不可取代的一种探测、侦测方式，在军民方面都有着重大的研宄 价值与广泛的应用前景。
[0004] 固定发射站双基正侧视SAR(ST-BSSAR)是指发射站固定，接收站正侧视接收的双 基SAR。与单基SAR和两平台并行运动的双基SAR不同，ST-BSSAR由于收发双站相对位置随 着时间而变化，导致相同双基斜距和的目标具有不同的距离徙动和不同的多普勒调频率， 这种问题称之为方位空变；加之具有传统单基SAR相同的距离空变，因而ST-BSSAR距离徙 动和方位多普勒调频率具有二维空变问题。
[0005] 在文献：New applications of nonlinear chirp scaling in SAR data processing, Wong, F. ff. ；Yeo, T. S. , IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 39, no. 5, pp. 946 - 953, 2001,文献：An improved NLCS algorithm with capability analysis for one-stationary BiSAR，Xiaolan Qiu,Donghui Hu, IEEE Trans.Geosci. Remote Sens.，vol. 46, no. lOPart 2, pp. 3179 - 3186, 2008 中，提出 了一种非线性 Chirp Scaling(CS)方法来补偿同一距离门内的不同调频率，使其达到相等，但是这种方法忽略了 沿方位向距离单元徙动的空变，这在方位向大空变的情况下将会引入更大的误差，甚至会 导致算法的失效，因此不能应用于ST-BSSAR。
[0006] 在文献：Focusing bistatic sar data in airborne/stationary configuration, Wang, R. , Loffeld, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 48, no. 1, pp. 452 - 465, 2010中，提出了一种基于数据分块的方法，该方法在每一个数据块内忽略二 维空变性的影响，但是这种方法只适合方位向范围变化不大的情况，而且数据分块还降低 了处理的效率。
【发明内容】
[0007] 本发明为解决上述技术问题，提出一种固定发射站双基正侧视SAR成像方法。
[0008] 本发明采用的技术方案是：一种固定发射站双基正侧视SAR成像方法，包括以下 步骤：
[0009] A、建立ST-BSSAR空间几何结构，并对参数进行初始化；
[0010] B、计算ST-BSSAR到地面任意点目标的双基距离和，并根据得到的双基距离和获 取点目标回波，并对点目标回波进行下变频；
[0011] C、获取经步骤B下变频后的点目标回波的二维频域表达式，进行距离向脉冲压 缩，得到距离脉冲压缩后的点目标回波；
[0012] D、对由步骤C得到的点目标回波进行第一次频-频坐标变换，得到第一次频-频 坐标变换处理后的点目标回波；
[0013] E、根据方位向非线性调频变标函数对第一次频-频坐标变换后的点目标回波，进 行非线性调频变标处理；
[0014] F、对由步骤E得到的非线性调频变标处理后的点目标回波进行第二次频-频坐标 变换，得到第二次频-频坐标变换处理后的点目标回波；
[0015] G、对由步骤F得到的点目标回波进行二维傅里叶反变换，得到ST-BSSAR图像。
[0016] 进一步地，所述步骤A建立ST-BSSAR空间几何结构，具体包括：在直角坐标系 中，场景中心设为坐标原点0,设P(x，y，〇)为地面任意目标，发射站固定，其位置坐标为 (x T，yT，HT)，接收站零时刻的位置坐标为（xK，0, HK);
[0017] 其中，x为该地面目标的X轴坐标，y为该地面目标的Y轴坐标；xT为发射站的X轴 坐标，y T为发射站的Y轴坐标，H T为发射站的Z轴坐标；x K为接收站的X轴坐标，H K为接收 站的Z轴坐标；接收站的飞行速度为V，飞行方向与Y轴平行。
[0018] 进一步地，所述步骤B计算ST-BSSAR到地面任意点目标的双基距离和的公式为：
[0019] R(t ；x, y) =Rt (x, y) +RE(t ；x, y)
[0020] 其中，
为固定发射站到P(x，y，〇)的距离；
为接收站到P(x，y，0)的距离，t表示方位时间变量。
[0021] 更进一步地，所述步骤B根据得到的双基距离和获取点目标回波，并对点目标回 波进行下变频，具体公式为：
[0022] 其中，t为距离向时间变量，?]代表距离时间窗，Wa[ ?]为方位时间窗，tc = y/V，k是发射信号的调频斜率，c为电磁波速度，&为发射信号中心频率。
[0023] 进一步地，所述步骤C二维频域表达式的相位为：
[0025]其中，
，
为接收站到目标P (x，y，〇)的最近斜距；
[0026] 距离压缩后的0 2df表达式为：
[0028] 进一步地，所述步骤D第一次频-频坐标变换关系为：
[0030] 其中，ft'为第一次频-频坐标变换后的方位频率变量，&为发射信号中心频率， fT为距离频率变量。
[0031] 进一步地，所述步骤E非线性调频变标处理具体包括：首先，设ka(x，y)为同一距 离单元内坐标为（x，y)的目标的多普勒调频率，k a(xMf，yMf)为该距离单元内参考目标的多 普勒调频率；
[0032] 其中，x,efS该参考目标的X轴坐标，y #为该参考目标的Y轴坐标；
[0033] 其次，算出多普勒调频率的差分为：
[0034] A ka (x, y) = ka (x, y) -ka (xref, yref)
[0035] 对A ka(x，y)沿方位时间进行二次积分，得到多普勒调频率均衡函数的相位，记为 ⑴，从而得到方位向非线性调频变标函数为 Snies⑴=exp{j<i)nles(t)};
[0036] 然后，将一次频-频坐标变换后的数据与snlc:s(t)相乘，完成了对同一距离单元内 多普勒调频率的均衡，均衡后的0' 2df变为
[0038] 最后，采用如下参考函数
[0040] 去除均衡后9 ' 2df中方位频率的二次项，9 ' 2df变为：
[0042] 进一步地，所述步骤F第二次频-频坐标变换关系为：
[0044] 其中，ft'为第一次频-频坐标变换后的方位频率变量，&为发射信号中心频率， fT为距离频率变量。
[0045] 本发明的有益效果：本发明的一种固定发射站双基正侧视SAR成像方法本，首先 采用第一次频-频坐标变换，去除空变的距离弯曲；其次进行非线性调频变标处理，完成 对空变多普勒调频率的均衡；再采用第二次频-频坐标变换，去除空变的距离徙动；最后 利用二维傅里叶反变换，完成对ST-BSSAR回波的聚焦成像，从而解决了传统SAR成像方法 和现有双基SAR成像方法无法解决ST-BSSAR数据处理时的二维空变问题，本发明通过采 用频-频坐标变换和方位非线性调频变标处理相结合，有效解决了固定发射站双基正侧视 SAR距离徙动和方位多普勒调频率的二维空变问题。
【附图说明】
[0046] 图1是本发明提供的一种ST-BSSAR成像方法的流程框图。
[0047] 图2是本发明具体实施例采用的ST-BSSAR几何结构图。
[0048] 图3是本发明具体实施例中采用的目标场景布置图。
[0049] 图4是经步骤B后的ST-BSSAR回波图像。
[0050] 图5是经步骤C后的ST-BSSAR距离压缩图像。
[0051] 图6是经步骤D后的ST-BSSAR第一次频-频坐标变换图像。
[0052] 图7是经步骤F后的ST-BSSAR第二次频-频坐标变换图像。
[0053] 图8是本发明【具体实施方式】中的ST-BSSAR成像结果示意图。
【具体实施方式】
[0054] 为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本
【发明内容】
进一 步阐释。
[0055] 如图1所示为本发明的方案流程图，本发明的技术方案为：一种固定发射站双基 正侧视SAR成像方法，包括以下步骤：
[0056] A、建立ST-BSSAR空间几何结构，并对参数进行初始化；
[0057] B、计算ST-BSSAR到地面任意点目标的双基距离和，并根据得到的双基距离和获 取点目标回波，并对点目标回波进行下变频；
[0058] C、获取经步骤B下变频后的点目标回波的二维频域表达式，进行距离向脉冲压 缩，得到距离脉冲压缩后的点目标回波；
[0059] D、对由步骤C得到的点目标回波进行第一次频-频坐标变换，得到第一次频-频 坐标变换处理后的点目标回波；
[0060] E、根据方位向非线性调频变标函数对第一次频-频坐标变换后的点目标回波，进 行非线性调频变标处理；
[0061] F、对由步骤E得到的非线性调频变标处理后的点目标回波进行第二次频-频坐标 变换，得到第二次频-频坐标变换处理后的点目标回波；
[0062] G、对由步骤F得到的点目标回波进行二维傅里叶反变换，得到ST-BSSAR图像。
[0063] 本发明主要采用仿真实验的方式进行验证，仿真验证平台为Matlab2012。下面结 合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。本发明的一种ST-BSSAR成像方法 的流程示意图如附图1所示，具体过程如下：
[0064] 所述步骤A、建立ST-BSSAR空间几何结构，并对参数进行初始化，具体为：本实施 例中采用的ST-BSSAR几何结构如图2所示，在直角坐标系中，场景中心设为坐标原点0,设 P(x，y，〇)为地面任意目标，发射站固定，其位置坐标为（x T，yT，HT)，接收站零时刻的