专利名称：一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法
技术领域：
本发明涉及雷达遥感成像技术领域，是一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，应用于连续波合成孔径雷达对地观测领域。
背景技术：
合成孔径雷达技术是目前对地遥感、成像及监测的重要技术手段，它可以实现全天时、全天候大覆盖区域高分辨率成像，在灾害监测、战术侦查、地形匹配导航、目标识别等方面有着广泛的应用。连续波合成孔径雷达通过增大脉冲持续时间，降低系统的峰值功率，从而大大降低系统体积、质量、成本及风险，同时提高系统的灵活度，在遥感对地、对空探测、战术侦查及灾害监测方面都将发挥重大作用。由于连续波合成孔径雷达系统基于持续地发射和接受脉冲，需要独立的发射与接收天线。如果发射和接收天线置于同一平台，会带来复杂的天线串扰和耦合问题。本发明采用双基模式，将天线分置于两个独立的平台上，解决收发隔离问题并同时提供更好的灵活性。然而，独立收发平台意味着信号收发路径不同，从而导致信号历程包含两个根号项。这给双基连续波合成孔径雷达遥感成像带来了很大的困难。
发明内容
本发明的目的是给出一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，建立双基连续波合成孔径雷达回波信号模型，并利用级数反演法方法和傅立叶变化性质，精确求解信号二维解析谱。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是:一种双基连续波 合成孔径雷达遥感成像方法，其包括步骤:a)采用收发天线分置，持续不断发射和接收线性调频信号，并在接收信号的同时用解斜操作的模式采集回波数据；b)基于收发平台的空间几何关系，精确描述信号的回波延时，建立接收信号的时域模型；c)根据b)步的时域模型，建立双基连续波合成孔径雷达方位时间-距离频率域回波信号模型；d)分解c)步的信号为线性成分及非线性成分两部分；e)引入级数反演方法(Method of Series Reversion, MSR),建立信号非线性成分的二维频域模型；f)利用傅立叶变化的性质，推导完整信号二维频谱与信号非线性成分二维频域表达式之间的关系，从而建立双基连续波合成孔径雷达信号二维频谱模型。所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述b)步，参照连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，分析信号回波延时，建立精确的回波信号时域模型，精确描述双基连续波合成孔径雷达回波信号特性。
所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述d)步中，因为双基体制雷达回波历程包含双根号，将回波信号分解为线性相位成分及非线性相位成分两部分，对非线性成分进行傅立叶变化，利用级数反演法求解傅立叶变换过程中的驻定相位点，从而得到信号非线性的频域表达式。所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述e)步，根据傅立叶变换的性质，通过回波信号和信号非线性相位成分的关系，推导出回波信号二维频谱与信号非线性相位成分二维频域表达式之间的映射关系，从而实现双基连续波合成孔径雷达二维解析谱公式的建立。本发明的有益效果是，突破传统连续波合成孔径雷达单基模式的局限，实现双基连续波合成孔径雷达二维解析谱的求解，并为未来双基连续波合成孔径雷达的频域信号处理方法研究提供依据。
图1是双基连续波模式下雷达发射、接收平台和地面目标之间的几何关系示意图；图2是本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法流程示意图；图3是仿真场景不意图；图4是采用本发明方法求解频谱匹配滤波结果示意图。
具体实施例方式本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，突破传统连续波合成孔径雷达的限制，采用收 发天线分置于不同平台，持续发射和接收信号的方式接收数据，并利用解斜操作降低数据率和采样要求。精确表达连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，获得精确的回波延时表达式，进而建立回波信号时域模型；根据回波信号时域模型及时频域映射关系，利用级数反演法方法解决信号历程包含双根号项这一难题，求解信号非线性成分的频域表达式；并利用傅立叶变化的特性，推导信号解析谱与信号非线性成分频域表达式之间的关系，从而得出完整的信号频谱，为双基连续波合成孔径雷达频域信号处理方法提供支撑。如图2是本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法流程，具体操作包括:首先分析连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，推导精确的回波延时表达式，给出双基连续波合成孔径雷达回波信号表达式；接着根据信号的时域模型及时频域变化关系，利用级数反演法求解信号的非线性成分的频域表达式；最后根据傅立叶变换的性质，得到信号解析谱公式与信号非线性成分频域表达式的映射关系，从而推导出信号解析谱公式。如图1所示，为双基连续波模式下雷达发射、接收平台和地面目标之间的几何关系图。本发明方法中涉及的数学符号定义如下:f，f\为距离向与方位向频率参数；λ , f0为载波波长与频率；ντ, νΕ为雷达发射平台及接收平台的运动速度；
σ ( τ 0R, r0为地面目标P ( τ QK，Rqk)的后向散射系数；τ0Τ, τ0Ε为发射机和接收机的零多普勒时间；R0T, Roe为地面目标Ρ(τ(ι，Γ(ι)到雷达发射及接收平台航线的最短斜距；Kr为发射信号调频率；c 为信号传播速度；Rc为Dechirp操作参考斜距。本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其合成孔径雷达发射信号为通用的线性调频信号，其数学表达式为:s (t) = exp (j π Krt2)(I)双基连续波合成孔径雷达二维解析谱的求解可以通过以下步骤实现:步骤一:确定双基连续波合成孔径雷达接收单元工作方式。双基连续波合成孔径雷达将收发天线分置于不同平台，分别持续不断发射和接收线性调频信号，如图1所示。鉴于连续波模式雷达脉冲持续时间一般是普通模式雷达脉冲时间的十几倍，系统在接收数据的同时采用dechirp操作降低数据率，减轻采样压力。步骤二:时域回波模型建立。根据图1的几何关系，可以得出双基模式下回波延时时间τ d的表达式。
权利要求
1.一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其特征在于:包括步骤: a)采用收发天线分置的方式，持续不断发射和接收线性调频信号，并在接收信号的同时用解斜操作的模式采集回波数据； b)基于收发平台的空间几何关系，精确描述信号的回波延时，建立接收信号的时域模型； c)根据b)步的时域模型，建立双基连续波合成孔径雷达方位时间-距离频率域回波信号模型； d)分解c)步的信号为线性成分及非线性成分两部分； e)引入级数反演方法，建立信号非线性成分的二维频域模型； f)利用傅立叶变化的性质，推导完整信号二维频谱与信号非线性成分二维频域表达式之间的关系，从而建立双基连续波合成孔径雷达信号二维频谱模型。
2.根据权利要求1所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其特征在于:所述b)步，参照连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，分析信号回波延时，建立精确的回波信号时域模型，精确描述双基连续波合成孔径雷达回波信号特性。
3.根据权利要求1所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其特征在于:所述d)步中，因为双基体制雷达回波历程包含双根号，将回波信号分解为线性相位成分及非线性相位成分两部分，对非线性成分进行傅立叶变化，利用级数反演法求解傅立叶变换过程中的驻定相位点，从而得到信号非线性的频域表达式。
4.根据权利要 求1所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其特征在于:所述e)步，根据傅立叶变换的性质，通过回波信号和信号非线性相位成分的关系，推导出回波信号二维频谱与信号非线性相位成分二维频域表达式之间的映射关系，从而实现双基连续波合成孔径雷达二维解析谱公式的建立。
全文摘要
本发明公开了一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，该双基连续波合成孔径雷达(Bistatic Continuous Wave Synthetic Aperture Radar，Bi-CWSAR)遥感成像方法，采用收发天线分置的模式解决天线耦合问题，通过精确地分析信号历程求解回波延迟时间，建立双基连续波合成孔径雷达时域回波信号模型，巧妙运用级数反演法方法和傅立叶变换性质建立二维解析谱，从而为双基连续波合成孔径雷达遥感成像技术提供依据和支撑。
文档编号G01S13/90GK103245947SQ201210023800
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者刘悦, 邓云凯, 王宇 申请人:中国科学院电子学研究所