位空变性；其 中，f；表示距离向频率，fa表示多普勒频率，R bftl表示收发机和点目标P在合成孔径中心时 刻的双基距离和； 步骤4,步骤3消除高精度二维频谱的相位项的相位空变性后，得到空变性校正后的 高精度二维频谱的相位项，进而得到空变性校正后的时域回波信号的高精度二维频谱， 然后在二维频率域分别设计随距离空变的第一匹配滤波器札。(匕f a)和第二匹配滤波器 (f；，fa)，将该空变性校正后的时域回波信号的高精度二维频谱依次经过第一匹配滤波 器(f；，f a)和第二匹配滤波器Hrai (f；，fa)，得到距离域聚焦良好的相位补偿信号，并对该 距离域聚焦良好的相位补偿信号进行距离逆快速傅里叶变换，在距离-多普勒域设计第三 匹配滤波器H a(fa)，并将经过距离逆快速傅里叶变换后的距离域聚焦良好的相位补偿信号 经过第三匹配滤波器H a(fa)，即可得到聚焦后的SAR成像；其中，f；表示距离向频率，1表 示多普勒频率。
2. 如权利要求1所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 在步骤1中，所述接收机与点目标P之间的瞬时双基斜距表达式Rk(tJ，其表达式为：
其中，（X' P，太p，〇)表示点目标P在坐标系V 〇太Z中的坐标，（x< t，0, Ht)表示 发射机在坐标系V 〇太z中的坐标，（Xp，yp，0)表示接收机前视目标区域内一个点目标P 的坐标，（0, V17tl, v"Q)表示接收机在坐标系xOyz中的速度向量，（0, a。, a")表示接收机在坐 标系xOyz中的加速度向量，（0, vty, d, vtz(l)表示发射机在坐标系X' Oy' z中的速度向量， (0, aty,，atz)表示发射机在坐标系X' Oy' z中的加速度向量，Hk表示慢时间tm= 0时接 收机的高度，Ht表示慢时间tm= 0时发射机的高度，tm表示慢时间，RT(tm)表示发射机与点 目标P之间的瞬时双基斜距，R k(tm)表示接收机与点目标P之间的瞬时双基斜距。
3. 如权利要求1所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 在步骤1中，所述点目标P的SAR时域回波信号冲V,")，其表达式为：
其中，Κ(?)表示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信号的距离向窗函数，wa(tm)表 示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信号的方位向窗函数，Rbf (tm)表示收发机与点目 标P之间的瞬时双基斜距，?表示快时间，tm表示慢时间，γ表示双基前视高机动平台SAR 雷达线性调频信号的调频率，c表示光速，λ表示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信 号波长。
4. 如权利要求1所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 在步骤2中，所述线性走动量校正后的高精度二维频谱丸/；.，./；,)的相位项?(f；，f a)，获得线 性走动量校正后的高精度二维频谱丸/；.，/；)的相位项Φ (f；，fa)的具体子步骤包括： 4. 1对点目标P的SAR时域回波信号WVm)进行距离向快速傅里叶变换，得到距离频 域-方位时域的回波信号s (f；，tm)，其表达式为：
其中，Wjf；)表示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信号在距离频域的包络， wa(tm)表示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信号的方位向窗函数，f；表示距离向频 率，f。表示点目标P的SAR时域回波信号的中心频率，t m表示慢时间，γ表示双基前视高机 动平台SAR雷达线性调频信号的调频率，c表示光速，Rbf(t m)表示收发机与点目标P之间的 瞬时双基斜距； 4. 2对距离频域-方位时域的回波信号s (f；，tm)进行距离频域-方位时域上的线性走 动量校正，得到线性走动量校正后的回波信号slp(f；，tm);其中，f；表示距离向频率，t m表示 慢时间； 4. 3对线性走动量校正后的回波信号slp(f；，tm)进行方位向快速傅立叶变换，依次得到 时域回波信号的二维频谱S (f；，fa)，以及该时域回波信号的二维频谱S (f；，fa)中快速傅里 叶变换中的相位项Θ (tm);其中，fa表示多普勒频率，表示距离向频率，tm表示慢时间； 4. 4采用级数反演理论，对线性走动量校正后的斜距历程Rbfl (tm)进行泰勒级数展开并 保留至三次项，得到快速傅里叶变换中的相位项θ(〇的解析解，即慢时间tm; 4. 5根据时域回波信号的二维频谱S(f；，fa)、快速傅里叶变换中的相位项Θ (tm)和快 速傅里叶变换中的相位项θ(〇中的解析解，即tm，得到时域回波信号的高精度二维频谱 丸/；.,./：,)，进而得到高精度二维频谱丸/；，./；)的相位项Φ (f；，fa);其中，fa表示多普勒频率， 表示距离向频率，tm表示慢时间。
5. 如权利要求4所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 所述快速傅里叶变换中的相位项Θ (〇,其表达式为：
其中，f。表示点目标P的SAR时域回波信号的中心频率，t m表示慢时间，γ表示双基前 视高机动平台SAR雷达线性调频信号的调频率，c表示光速，f；表示距离向频率，Rbfl(tm)表 示线性走动量校正后的斜距历程，f a表示多普勒频率。
6. 如权利要求1所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 在步骤3中，所述采用高阶多项式拟合来消除高精度二维频谱丸/；.，./：,)的相位项Φ (f；，fa) 中的相位空变性，利用高阶多项式拟合分别得到与场景相关的泰勒系数Ic1 ( Λ r)、k2 ( Λ r) 和 k3 ( Δ r)，即：
其中，1^、1^、1^分别为场景中心点对应系数，31、1^、(^均表示拟合系数，1￡{1，2^·· ，N}，N表示拟合阶数，Ar表示场景中除点目标P外的其他点目标到场景中心点的斜距差 异。
7. 如权利要求1所述的双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其特征在于， 在步骤4中，所述第一匹配滤波器(f；，f a)和第二匹配滤波器Hran (f；，fa)，其表达式分别 为：
其中，γ表示双基前视高机动平台SAR雷达线性调频信号的调频率，f；表示距离向频 率，fa表示多普勒频率，φ JfaAbftl)表示高精度二维频谱兔Λ,/,)相位项φ (f,，fa)的距离徙 动项，〇2(fa;RbfCI)表示高精度二维频谱丸相位项的二次距离脉冲压缩项， ?3(fa;Rbf〇)表示高精度二维频谱丸/；.，乂）相位项的三次距离/方位耦合项，R wq 表示收发机和点目标P在合成孔径中心时刻的双基距离和。
【专利摘要】本发明公开了一种双基前视高机动平台SAR扩展场景成像优化方法，其主要思路是：先获得点目标的SAR时域回波信号，进而得到线性走动量校正后的回波信号和线性走动量校正后的斜距历程，然后对该线性走动量校正后的回波信号进行方位向FFT，得到时域回波信号的二维频谱；对线性走动量校正后的斜距历程进行高阶近似，得到线性走动量校正后的高精度二维频谱的相位项后，在距离向进行泰勒级数展开，采用高阶多项式拟合来消除高精度二维频谱的相位项的相位空变性，再经过二维频率域设计的匹配滤波器，得到距离域聚焦良好的相位补偿信号后，并进行距离域IFFT，然后再经过距离-多普勒域设计的匹配滤波器，得到聚焦后的SAR成像。
【IPC分类】G01S7-41, G01S13-90
【公开号】CN104865573
【申请号】CN201510324660
【发明人】李亚超, 孟自强, 翟亚迪, 全英汇, 邢孟道
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月12日