任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法
【专利摘要】本发明公开了一种任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法；其包括以下步骤：初始化参数、离散化GBSAR频谱相位、频谱相位空间函数近似、频谱相位频率函数近似和加权求和得到简化表达式。本发明的有益效果是：本发明的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，利用离散线性最小二乘方法对GBSAR频谱相位中的空间复合函数、频率复合函数分别进行线性拟合，将GBSAR频谱相位由多项式之和简化为二项式之和，进而依据该简化式可应用高效频域成像处理技术高效地实现聚焦成像，高效、高精度的实现了GBSAR频谱简化。
【专利说明】任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达【技术领域】，尤其涉及一种任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱 简化方法。
【背景技术】
[0002] 任意构型双基地合成孔径雷达（Generalbistaticsyntheticapertureradar, 简称GBSAR)是发射机、接收机分置于卫星、飞机以及静止站等多种类型平台之上，且平台 间以任意几何构型而构成的二维成像系统。由于系统平台的多样性和几何构型的任意性， GBSAR系统可以对感兴趣目标区域进行多角度灵活侦察，从而获得丰富的目标散射信息。因 此，GBSAR系统可以应用于全天时、全天候的飞行器自主导航、目标侦察与识别等领域，为 国民经济的发展和国家安全发挥重要的作用。德国宇航局（FGAN)高频物理与雷达技术研 究所（FHR)于2006年和2009年11月分别实施了机载-机载双基地合成孔径雷达系统实 验、以及星载-机载双基地合成孔径雷达系统试验，中国科学院电子所于2012年实施了星 载-静止平台双基地合成孔径雷达系统实验，这些系统实验验证了多平台、多构型双基地 合成孔径雷达二维成像的可行性。
[0003] GBSAR系统涵盖了多种特殊类型的双基地合成孔径雷达系统，是多种类型双基地 合成孔径雷达的统称。GBSAR系统回波频谱模型是揭示多种双基地合成孔径雷达系统回 波信号频域特征、构建通用频域成像算法的必要前提和基础。然而由于系统平台的多样 性以及构型的任意性，GBSAR系统二维频谱解析式形式相较于单基地合成孔径雷达、以及 某些特殊构型的双基地合成孔径雷达的频谱复杂程度大大增加。由文献1 (Y.L.Neo,F. Wong,andI.G.Cumming,"Atwo-dimensionalspectrumforbistaticSARprocessing usingseriesreversion,，'IEEEGeosci.RemoteSens.Lett. ,vol. 4,no. 1,pp. 93 -96,Jan. 2007)可知，GBSAR系统的频谱是关于目标二维位置以及回波二维频率的高阶多项 式之和，且目标位置与频率之间存在复杂的高阶耦合，而目前基于快速傅里叶变换（FFT) 的频域成像处理技术无法对这种复杂解析式进行高效处理，因此，无法直接利用多项式和 形式的GBSAR频谱实现高效频域聚焦成像。目前，有代表性的GBSAR频谱简化方法有西 安电子科技大学LiDong等提出的针对目标二维空间位置的泰勒近似简化方法（D.Li，G. Liao,ff.Wang,Q.Xu,"Extendedazimuthnonlinearchirpscalingalgorithmfor bistaticSARprocessinginhigh-resolutionhighlysquintedmodegeoscience andremotesensingletters,，'IEEEGeosci.Rem.Sens.Lett. ,vol. 11,no. 6,pp. 1134 -1138,June2014.)，以及电子科技大学张晓玲等提出的针对基于一阶泰勒近似的简化方 法（C.Dai,X.Zhang, "0mega-KalgorithmforbistaticSARwitharbitrarygeometry configuration,，'JournalofElectromagneticwavesandapplications,vol. 25,no. 11 -12,pp. 1564-1576, 2011)。然而，由于泰勒近似的局部性，这些方法只能用于目标场景范围 小、或者空变性小的某些特殊构型的双基地合成孔径雷达系统中。因此，现有的双基地合成 孔径雷达频谱简化方法不适于多种平台、任意构型GBSAR大场景高性能成像的实际应用需 求。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的是：为了解决以上问题，本发明提出了一种任意构型双基地合 成孔径雷达回波频谱简化方法，以期克服无法正确简化多平台、任意构型GBSAR大场景回 波频谱的局限性，扩展频域成像处理算法的通用性，满足多种平台、任意构型GBSAR大场景 高性能成像的实际应用需求。
[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、离散线性最小二乘方法（DLLS)
[0007] 设线性方程组Ax=b，其中A是一个m行n列的矩阵，且是该线性方程组的系数矩 阵，
【权利要求】
1. 一种任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在于，包括以下步 骤： A、 对前视双基地合成孔径雷达成像系统参数进行初始化处理， 其中，前视双基地合成孔径雷达成像系统参数具体包括：雷达系统发射的信号中心频 率，雷达发射信号波长A，雷达系统发射信号带宽B，雷达系统发射信号调频斜率y，雷 达系统脉冲重复频率PRF，雷达系统距离向采样点数M，雷达系统方位向采样点数N，发射平 台在初始时刻的空间位置[xTO，yTO，ZTO]，接收平台在初始时刻的空间位置[ XK(l，yK(l，ZKI];发 射平台的速度大小vT，接收平台的速度大小vK，发射和接收平台运动速度方向夹角^; B、 根据任意构型双基地合成孔径雷达系统距离压缩后回波二维频谱解析式，得到频谱 相位va，n ;x，y)，并将频谱相位va，n ;x，y)按照二维空间位置和二维频率进行均 匀离散化，得到离散化的频谱相位，乃）； C、 采用离散线性最小二乘方法，将步骤B中得到的离散化频谱相位识中的 空间函数sp，p彡2,表示为空间函数Stl和空间函数S1的线性函数； D、 采用离散线性最小二乘方法，将步骤B中得到的离散化频谱相位心为;)中的 频率函数fp，P彡2,表示为频率函数g(l和频率函数gl的线性函数； E、 利用步骤C得到的空间函数Stl和空间函数S1的线性函数及步骤D中得到的频率函 数g(l和频率函数gl的线性函数对离散化频谱相位进行加权求和，得到离散 化频谱相位的简化表达式。
2. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述任意构型双基地合成孔径雷达系统距离压缩后回波二维频谱解析式，具体为： D(l, n) =I f 〇 (x, y) exp (-j'2 31 ￥ (I , n ；x, y)) dxdy 其中，€为发射信号频率，n为多普勒频率，〇 (X，y)为位于（X，y)处目标的散射系 数，V (I，n ;X, y)为频谱相位，j为虚数单位。
3. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述频谱相位V U，n ;x，y)的表达式，具体为：
其中，P为整数，P彡4, Sp为关于二维空间位置的复合函数，fp为关于二维频率的复合 函数，P = 0,1，…，P。
4. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述离散化频谱相位的表达式，具体为：
其中，€ m，n n分别为二维频率离散点位置，X i，y i分别为二维空间位置离散点位置，m，n 分别为二维频率编号，i，1分别为二维空间位置编号。
5. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述将步骤B中得到的离散化频谱相位，乃）中的空间函数sp，p>2,表示为空 间函数Stl和空间函数S1的线性函数，具体为： ^ (xi>y,)=aS,, -? Ixi^yl)+PI-h (xi>y,)+Ixi^yl) 其中，巧是利用最小二乘方法获得的加权系数，
6. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述将步骤B中得到的离散化频谱相位^4,中的频率函数fp，P>2,表示为频 率函数gc!和频率函数gi的线性函数，具体为： Sp (￠/115?) 'IsO ($"-- 5? ) + /-- '4>1 (^HJ ?> P (^IH y^ln ) 其中，
4/),(4，％) = 卜。/(么"％)-摩％(4,，％): fp，p = 〇, 1，? ? ?，P 是关于二维频率 的复合函数：./;,(#，/?)=[士]'
7. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述离散化频谱相位的简化表达式，具体为：
8. 如权利要求1所述的任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，其特征在 于：所述离散线性最小二乘方法，具体为： 设定线性方程组Ax = b，其中，A为一个L行K列的矩阵且A为线性方程组Ax = b的
A, b为已知量，L>K ;解得x的解为x = (AAWb, x满足
【文档编号】G01S7/41GK104330786SQ201410713788
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月29日 优先权日:2014年11月29日
【发明者】孙明珠, 蔡德荣, 卫强, 董爱先, 刘喆 申请人:中国人民解放军91635部队