[发明专利]固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法

权利要求书

1.一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，具体包括：

步骤一：成像系统参数初始化，

发射站固定，其位置坐标记为(x_T,y_T,h_T)，其中，x_T、y_T和h_T分别为发射站的x轴、y轴和z轴坐标；接收站零时刻位置坐标记为(0,y_R,h_R)，其中，y_R和h_R分别为接收站的y轴和z轴坐标；参考坐标原点设为场景中心,零时刻记为接收波束中心位于场景坐标系原点处，接收站平台沿y轴运动，速度为V，场景中任一点目标P(x,y)的位置坐标记为(x,y,0)；ST-BFSAR距离历史和记为R(t;x,y)=R_T(x,y)+R_R(t;x,y)，其中，t为方位时间，R_T(x,y)为发射站到目标点P(x,y)的距离，R_R(t;x,y)为接收站的距离历史，RT(x,y)=(x-xT)2+(y-yT)2+hT2;]]>

RR(t;x,y)=r0R(x)2+V2(t-t0)2-2r0R(x)V(t-t0)cosθdR(x),]]>其中，r0R(x)=yR2+hR2+x2]]>为接收站到目标点P(x,y)的中心斜距，t₀=y/V，cosθ_dR(x)=|y_R|/r_0R(x)；

步骤二：生成ST-BFSAR点目标回波，

从点目标P(x,y)反射的回波经下变频后表达式为：

sr(τ,t;x,y)=rect[τ-τd(t;x,y)Tr]wa[t-t0Ta]]]>

×exp{jπKr[τ-R(t;x,y)c]2}exp{-j2πfcR(t;x,y)c}]]>

其中,τ为距离向时间变量，τ_d(t;x,y)为点目标P(x,y)的双基距离和延时，rect[·]和ω_a[·]分别代表距离时间窗和方位时间窗，t₀=y/V是方位时间延迟，K_r是发射信号的时间调频斜率，c为光速，f₀为载波频率，T_r和T_a分别代表距离时间脉宽和方位合成孔径时间；

步骤三：距离向脉冲压缩，

将回波信号s_r(τ,t;x,y)沿距离向进行傅立叶变换，得到S_r(f,t;x,y)，其中，f是距离向频率，利用K_r构造匹配函数exp{-jπf²/K_r}，进行距离向脉冲压缩，得到距离压缩后的数据，记为S_rc(f,t；x,y)：

Src(f,t;x,y)=rect(fBr)2wa[t-t0Ta]exp{-j2π(f+fc)R(t;x,y)c}]]>

其中，B_r为发射信号带宽；

步骤四：一阶Keystone变换，

首先在t=t₀处将距离历史和R(t;x,y)进行泰勒展开到三阶：

R(t;x,y)=R(t0;x,y)+A(t-t0)+B2(t-t0)2+C6(t-t0)3···]]>

其中，R(t₀;x,y)=R_T(x,y)+r_0R(x)，A=∂RR(t;x,y)∂t|t=t0,]]>B=∂2RR(t;x,y)∂t2|t=t0,]]>C=∂3RR(t;x,y)∂t3|t=t0,]]>将距离历史和泰勒展开式带入到步骤三得到的S_rc(f,t;x,y)表达式中：

Src(f,t;x,y)=rect(fBr)2wa[t-t0Ta]exp{-j2π(f+fc)R(t;x,y)c}]]>

×exp{-j2πc(f+fc)[R(t0;x,y)+A(t-t0)+B2(t-t0)2+C6(t-t0)3···]}]]>

然后对方位时间做如下的一阶Keystone变换：

t=(fcf+fc)tm]]>

其中，t_m为Keystone变换后方位时间，则S_rc(f,t;x,y)转换为：

SKT(f,tm;x,y)=rect(fBr)wa[t-t0Ta]exp{-j2πc(f+fc)[R(t0;x,y)-D]]]>

-j2πc(A-Bt0+C2t02)fctm]]>

-jπc(B-Ct0)fc2tm2(f+fc)-jπcCfc3tm33(f+fc)2}]]>

=rect(fBr)wa[t-t0Ta]exp{-j2πcfR(0;x,y)}exp{-j2πcfcR(tm;x,y)}]]>

其中，D=At0-Bt02/2+Ct03/6,]]>R(0;x,y)=R(t;x,y)|_t＝0，R(tm;x,y)=R(t;x,y)|t=tm;]]>

此时完成了距离徙动校正；

步骤五：距离向傅立叶反变换，

对步骤四中得到的S_KT(f,t_m;x,y)沿距离向做傅立叶反变换，可得：

sKT(τ,tm;x,y)=sinc(τ-R(0;x,y)/cTr)wa[t-t0Ta]exp{-j2πcfcR(tm;x,y)}]]>

其中，sinc(·)为辛格函数，R(0;x,y)为零时刻的距离历史和；

步骤六：方位向非线性调频变标，

ST-BFSAR在方位向零时刻双基距离和为：

R=(x-xT)2+(y-yT)2+hT2+x2+(y-yR)2+hR2,]]>

可得：

x=xT2+xTL2M+RM2+L2-2MN2M,]]>

其中，L=yR2-yT2+2y(yT-yR)+hR2-hT2,]]>M=R2-xT2,]]>N=(y-yR)2+(y-yT)2+hR2+hT2,]]>

对于相同R不同方位坐标y的点目标，其x不相同，则点P(x,y)的多普勒调频斜率f_dr(R,y)不相同，点目标P(x,y)相对于方位参考零点目标，多普勒调频斜率差为：

Δf_dr(R,y)=f_dr(R,y)-f_dr(R,0)

其中，f_dr(R,0)为参考零点目标调频斜率；

对Δf_dr(R,y)关于方位时间t_m积分两次，则可构造非线性调频变标摄动函数的相位为

φp(tm;R)=12Δfdr(R,y)tm2]]>

用摄动函数S_p(t_m;R_i)=exp{jφ_p(t_m;R)}乘以步骤五中得到的s_KT(τ,t_m;x,y)，使同一距离R处的目标多普勒调频率都为f_dr(R,0)；

步骤七：方位向压缩。

对步骤六方位非线性调频变标处理后的结果进行方位向压缩，方位向压缩后即可得到最终的ST-BFSAR图像。

2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，步骤七所述的方位向压缩的所采用的匹配函数为其中，f_m为方位频率，Z(fm)=1-(λfm/V)2,]]>λ为电磁波波长。