1.一种基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,利用搭载于高机动平台的topssar系统发射线性调频脉冲信号,利用搭载于高机动平台的topssar系统接收目标区域散射形成的回波信号;雷达接收机对回波信号进行解调处理,生成解调后的基带回波信号ss(r,x;rs);其中,r为距离向位置变量、x为方位向位置变量、rs为场景中心斜距;
步骤2,对所述解调后的基带回波信号ss(r,x;rs)执行距离向匹配滤波处理,得到距离向匹配滤波信号sspc(kr,x;rs);其中,
步骤3,结合高机动平台的三维加速度信息及运动误差,在距离波数-方位时间域内构造统一加速度补偿函数facc(kr,ta);其中,ta为方位向慢时间变量;将所述距离向匹配滤波信号sspc(kr,x;rs)与所述统一加速度补偿函数facc(kr,ta)相乘,得到统一加速度补偿信号ssacc(kr,x;rs);
步骤4,结合topssar系统的中心斜视角θc信息,在距离波数-方位位置域构造正视逼近函数fsq(kr,ta);将所述统一加速度补偿信号ssacc(kr,x;rs)与所述正视逼近函数fsq(kr,ta)相乘,得到正视逼近处理后的回波信号sssq(kr,x;rs);
步骤5,构造一组变量代换关系:r′s=rs+xnsinθc和kx,r=kx+krsinθc,其中,xn表示方位向空变量,
步骤6,结合topssar系统的波束扫描情况,构造用于解混叠处理的二次相位函数fbs(x);根据所述二次相位函数fbs(x),在方位位置域构造一组滤波器:一致滤波器fbulk(x)和补余滤波器fresidual(x);依次利用所述一致滤波器fbulk(x)和所述补余滤波器fresidual(x)对ssp(kr,x;r′s)进行方位向滤波处理,并执行方位向傅里叶变换操作,得到正则化二维波数谱ss(kr,kx,r);
步骤7,对所述正则化二维波数谱中的空变分量
步骤8,结合波数域重采样结果,在二维波数域构造方位向一致压缩函数fbulk(kr,ka);将所述正则化二维波数谱ss(kr,kx,r)与所述方位向一致压缩函数fbulk(kr,ka)相乘,得到方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r);
步骤9,提取出所述方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r)中的耦合波数,对其执行降维stolt插值处理,得到去耦的二维波数;
步骤10,根据所述去耦的二维波数在方位位置域构造去斜函数fderamp(x);对所述方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r)执行二维逆傅里叶变换处理,随后与所述去斜函数fderamp(x)相乘,最后通过方位向傅里叶变换得到二维精确聚焦图像ss(r,ka)。
2.根据权利要求1所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤1具体包含以下子步骤:
子步骤1.1,根据和速度ve和topssar系统的中心斜视角θc构造俯冲飞行下的斜距模型re:
子步骤1.2,将三维加速度对于瞬时斜距的影响视为引入运动误差,则精确的斜距历程为
将rreal与re相减,并在方位零时刻执行麦克劳林展开,得到各阶运动误差rerr:
其中,
表示斜距误差rerr在ta=0处的零阶麦克劳林展开式系数,
表示斜距误差rerr在ta=0处的一阶麦克劳林展开式系数,
表示斜距误差rerr在ta=0处的二阶麦克劳林展开式系数,
表示斜距误差rerr在ta=0处的三阶麦克劳林展开式系数,
表示斜距误差rerr在ta=0处的四阶麦克劳林展开式系数,
子步骤1.3,解调后的基带回波信号ss(r,x;rs)为:
其中,wr(r)表示距离向位置域窗函数,wa(x)表示方位向位置域窗函数,exp{·}表示复指数函数,j表示虚数单位,γ表示距离向调频率,λ表示波长。
3.根据权利要求2所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤2具体包含以下子步骤:
子步骤2.1,采用驻定相位原理和级数反演法,对所述解调后的基带回波信号ss(r,x;rs)执行距离向傅里叶变换,得到距离向傅里叶变换回波信号ss(kr,x;rs);具体为如下:
将解调后的基带回波信号ss(r,x;rs)与傅里叶变换的旋转因子exp{-jkrr}相乘,并提取出结果中的相位:
根据驻定相位原理的思想,对相位φ(r,kr)关于变量r求偏导,并将求导结果置零,得到等式
对上述等式执行级数反演法,将反解出来的距离位置域变量表达式代入相位φ(r,kr)中,得到距离向傅里叶变换回波信号ss(kr,x;rs):
子步骤2.2,在距离波数-方位位置域构造距离向匹配滤波函数
sspc(kr,x;rs)=wr(kr)wa(x)exp{-jkrrreal}
其中,krc表示距离向波数域变量kr的中心值,wr(kr)表示距离波数域窗函数。
4.根据权利要求3所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤3中,所述统一加速度补偿函数facc(kr,ta)为:
所述统一加速度补偿信号ssacc(kr,x;rs)为:
ssacc(kr,x;rs)=wr(kr)wa(x)exp{-jkrre}。
5.根据权利要求3所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤4中,所述正视逼近函数fsq(kr,ta)为:
fsq(kr,ta)=exp{-jkrxsinθc}
所述正视逼近处理后的回波信号sssq(kr,x;rs)为:
sssq(kr,x;rs)=wr(kr)wa(x)exp{-jkr(re+xsinθc)}。
6.根据权利要求3所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤6具体包含以下子步骤:
子步骤6.1,所述二次相位函数fbs(x)为:
fbs(x)=exp{jπkbsx2}
kbs=-2/(λrrot)
其中,kbs表示由topssar成像模,下特有的波束主动扫描引入的方位位置域二次相位调制斜率,rrot表示天线等效波束旋转中心到飞行平台航迹之间的距离;
子步骤6.2,根据二次相位函数fbs(x),在方位位置域构造一致滤波器fbulk(x)和补余滤波器fresidual(x):
其中,
子步骤6.3,将所述一致滤波器fbulk(x)与能够反映地面场景点目标真实位置的回波信号ssp(kr,x;rs′)相乘,并对相乘的结果依次执行傅里叶变换处理、补零操作、逆傅里叶变换处理,得到一致滤波处理信号;
子步骤6.4,将所述一致滤波处理信号与所述补余滤波器fresidual(x)相乘,并对相乘结果执行傅里叶变换处理,得到正则化二维波数谱ss(kr,kx,r):
ss(kr,kx,r)=wr(kr)wa(kx,r)exp{-jkx,r(xn+(r′s-xnsinθc)sinθc)}
其中,wa(kx,r)表示方位波数域窗函数。
7.根据权利要求3所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤7具体包含以下子步骤:
子步骤7.1,分离出正则化二维波数谱ss(kr,kx,r)中的空变分量
其中,[·]表示将多个表达式或函数按照相对位置关系构成矩阵,[·][·]表示矩阵乘法;
子步骤7.2,针对其中的空变分量
其中,→表示插值运算,插值符号左侧为处理前的非均匀采样的相位,插值符号右边为处理后的均匀采样的变量。
8.根据权利要求7所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤8中,所述方位向一致压缩函数fbulk(kr,ka)为:
所述方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r)为:
ssbulk(kr,kx,r)=wr(kr)wa(kx,r)exp{-jkx,rxn}
其中,wa(kx,r)表示方位波数域窗函数。
9.根据权利要求8所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤9具体为:
对所述方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r)的第二个指数相位中存在根式
其中,ky表示解耦后的去耦距离向波数域变量,插值运算符的左侧表示距离-方位耦合的二维波数域变量,插值运算符的右侧表示解耦后的去耦二维波数域变量。
10.根据权利要求9所述的基于扩展波数谱重构的高机动平台topssar成像方法,其特征在于,步骤10具体包含以下子步骤:
子步骤10.1,所述去斜函数fderamp(x)为:
子步骤10.2,采用驻定相位原理和级数反演法,对方位向一致压缩结果ssbulk(kr,kx,r)执行二维逆傅里叶变换处理;
子步骤10.3,将子步骤10.2中的二维逆傅里叶变换结果与去斜函数fderamp(x)相乘;并采用驻定相位原理和级数反演法,对相乘结果执行方位向傅里叶变换处理,从而得到二维精确聚焦图像ss(r,ka):
其中,br表示距离向带宽常数,ba表示方位向带宽常数,