双站前视sar的快速时域成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像领域，涉及 OS-BFSAR(One-stationary Bistatic Forward-looking SAR, 一站固定式双站前视合成孔 径雷达）的快速时域成像方法。
【背景技术】
[0002] OS-BFSAR是指具有一个运动雷达平台（或称雷达站）和一个固定雷达平台，且运 动雷达波束指向正前方的雷达系统。这种雷达系统具有安全性高，抗干扰性强，获取信息量 大，以及高分辨率成像和良好检测能力的优势，近年来引起广泛关注。但是，复杂的几何构 型给OS-BFSAR的数据处理带来了新的问题与挑战，如回波数据量大，回波方位空变性大， 回波距离方位耦合性强，以及运动雷达前视构型，这都极大地增加了 OS-BFSAR高精度成像 处理的难度。
[0003] 现有的0S-BFSAR成像方法主要有时域BPA (Backprojection Approach，后向投影 方法）。时域BPA无任何近似处理，能够精确处理OS-BFSAR回波的方位空变性和距离方位 耦合性以及运动雷达前视构型，从而实现OS-BFSAR的高精度成像处理。
[0004] 但是，时域BPA具有极大的计算量，从而降低了成像效率，因此时域BPA不能成为 快速有效的SAR成像方法。如何解决适用于OS-BFSAR的快速时域成像方法正是一个亟待 解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种适用于OS-BFSAR成像处理的快速时域成像方法，能 够在成像处理时减少计算量，提高成像效率。
[0006] 本发明的技术方案是：首先，对OS-BFSAR回波信号进行距离压缩，将运动雷达的 合成孔径划分为若干个子孔径并将成像区域划分为若干个子区域，将各子孔径中心与各子 区域中心连线形成若干条初始距离线；将与子孔径对应的距离压缩后的回波信号后向投影 到初始距离线上，并相干叠加生成初始波束；然后，通过设定循环次数的循环递归过程，将 相邻子孔径合并并将每个子区域再次划分为若干个更小的子区域，再将上一次循环生成的 波束插值到本次循环生成的距离线上，并相干叠加生成本次循环的波束；将最后一次循环 生成的波束插值到对应的子区域上，并相干叠加生成OS-BFSAR图像。
[0007] 特别地，设地面成像场景包含若干个静止目标，任意静止目标位置为
[0009] 其中，τ为快时间，n为慢时间，B为雷达信号的带宽，f。为雷达信号的中心频率 ，/'=!,2,…,;'V, N是静止目标的个数。经距离压缩后的回波信号τι) 为：
[0008] (运动雷达与固定雷达的带宽和中心频率均相同），％为静止目标P1的散射系数，C C为光 速，P1J ]为回波信号sra( T，Tl)的包络为运动雷达在慢时间Tl时刻时，运动雷 达与固定雷达到静止目标P1的距离之和。
[0010] 设运动雷达合成孔径的实孔径点数为L，将其因式分解为M级，每次合并的子孔径 数为1，则L = 1M。在实际应用中，如果L = Im不能成立，通常根据需求先确定1的取值，如 1 = 8,或1 = 16,再令秘可通过将L补零的方式改变L的取值，使得M= loglL。
[0011] 第一步，子孔径划分与初始波束生成；
[0012] 本步骤可视为第1级处理。第1级处理时，将运动雷达的合成孔径划分为L/1个 子孔径，每个子孔径包含1个实孔径点数。将成像区域划分为K个子区域。将第1级的第 叫个子孔径Oi 1= 1，2,. . .，L/1)中心与第卩1 (P1= 1，2,. . .，K)个子区域中心连线形成一条 距离线，一共可以得到（L/1)XK条距离线。根据奈奎斯特定律对每一条距离线进行采样， 得到若干个距离线上离散的位置。然后，将第1级第Ii 1个子孔径内距离压缩后的回波信号 后向投影到距离线上的离散位置，并相干叠加生成第1级第Ii1个子孔径和第p i个子区域形 成的初始波束。
[0013] 第二步，循环递归子孔径合并与波束生成；
[0014] 本步骤可视为第m级处理，m = 2, ...，M。第m级处理时，按照子孔径逐渐递增的 顺序，每1个相邻的第m-ι级子孔径合并成一个第m级子孔径，并将每个第m-ι级的子区域 分裂为2 1个大小相同的第m级的子区域。将第m级第n Jnni= 1，2，...，L/lm)个子孔径中 心与第Pm (Pm= 1，2, ...，M · 2 1 '(m υ)个子区域中心连线形成一条距离线，根据奈奎斯特定 律对每一条距离线进行采样，得到若干个距离线上离散的位置。然后，将第m-Ι级的每条波 束（共1个波束）插值到第m级相应距离线上的离散位置处，并相干叠加生成第m级波束。
[0015] 第三步，最终图像生成；
[0016] 本步骤为最后一级处理。将第M级的每条波束（共1个波束）插值到第M级划分 后的相应子区域上，并相干叠加生成最终的OS-BFSAR图像。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 采用子孔径和子区域处理技术，在保持时域成像方法高精度的同时，极大地减少 了时域成像方法的计算量，从而提高了成像处理的效率，进而实现了 OS-BFSAR的快速高精 度成像处理，获得高质量的聚焦SAR图像。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明双站前视SAR的快速时域成像方法流程示意图；
[0020] 图2是本发明中的雷达参数；
[0021 ] 图3是时域BPA成像获得的点目标成像结果；
[0022] 图4是本发明获得的点目标成像结果；
[0023] 图5是点目标聚焦性能参数对比。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步的解释。
[0025] 图1为本发明双站前视SAR的快速时域成像方法流程示意图。如图1所示，将 OS-BFSAR回波信号进行距离压缩后，再进行三个处理步骤：第一步，子孔径划分与初始波 束生成；第二步，循环递归子孔径合并与波束生成；第三步，最终图像生成。
[0026] 下面详细说明本发明采用的技术方案：
[0027] 已知OS-BFSAR发射信号中心频率为f。，带宽为B，距离分辨率为P x，方位分辨率为 P y。设笛卡尔坐标系的三维坐标轴分别为X轴、Y轴和Z轴，成像场景为矩形区域，其X轴 方向的宽度为W x，Y轴方向的宽度为Wy，成像场景中心在X轴的正半轴。因为本发明只应用 于地面成像场景，所以静止目标的坐标点用二维坐标表示。设地面成像场景包含若干个静 止目标，任意静止目标位置为/ = U,…,Λ/，N是静止目标的个数。固定 雷达的坐标为（〇, 〇, Zs)，运动雷达的初始坐标为（xM, yM, zM)。运动雷达以速度V沿着Y轴 运动且距离成像场景中心越来越近，在η时刻其坐标为（xM，yM+V· Tl, ZM)。经距离压缩后 的回波信号SrcC τ，η)为：
[0028]
[0029] 其中，τ为快时间，η为慢时间，<^为静止目标散射系数，c。为光速，ρ ] 为回波信号src(T，ri)的包络；为运动雷达在慢时间η时刻时，运动雷达与固定 雷达到静止目标P1的距离之和，即：
[0030]
[0031] 第一步，子孔径划分与初始波束生成；
[0032] 本步骤可视为第1级处理。第1级处理时，将运动雷达的合成孔径平均划分为L/ 1个子孔径，每个子孔径包含1个实孔径点数。设运动雷达合成孔径的实孔径点数为L，将 其因式分解为M级，每次合并的子孔径数为1，则L= 1Μ。在实际应用中，如果L = Im不能 成立，通常根据需求先确定1的取值，如1 = 8,或1 = 16,再令M =「fegJl :，可通过将L补 零的方式改变L的取值，使得M = Iog1L。将成像区域平均划分为K个子区域，K的取值依 据相位误差控制原则，由下式确定：
[0033]
[0034] 设第1级第qi(qi= 1，2，...，K)个子区域中心坐标为第叫个子孔径Oi1 =1，2,. . .，L/1)内在慢时间n时刻运动雷达的实孔径位置坐标为(6.4 07)00(7?),? )，则 第1级第Ii1个子孔径和第q i个子区域形成的初始波束为：
[0035]
[0036] 其中，为在慢时间n时第叫个子孔径内固定雷达与运动雷达实孔径位置 到第Q1个子区域中心位置的斜距和，即
[0037]
[0038] %为第Ii1个子孔径中心位置对应的慢时间，ri s= d M/V，dM为第1级运动雷达子 孔径长度，
为相干叠加需要的相位补偿因子。
[0039] 第二步，循环递归子孔径合并与波束生成；
[0040] 本步骤可视为第m级处理，m = 2, ...，M。第m级处理时，按照子孔径形成的先后 顺序，每1个相邻的第m-ι级子孔径合并成一个第m级子孔径，并将每个第m-ι级的子区域 分裂为21个大小相同的第m级的子区域。设第m级第qni(qni= 个子 区域中心坐标为(^d,,)，第m-Ι级第IinilOinil= l，2，...，L/lml)个运动雷达子孔径中心 坐标为(☆?Α，第m-Ι级第qnil(qnil=