[发明专利]一种基于双基SAR几何构型的二维频谱确定方法

说明书

背景技术

合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)是二十世纪雷达领域最具有影响力的发明，它具有穿透性强，能全天时、全天候工作的优点，目前已得到广泛应用。双基地合成孔径雷达(Bistatic synthetic aperture radar，简写为BiSAR)是指收发天线分置于两个不同运动平台的雷达系统，与传统的单基SAR不同的是，双基SAR的收发平台是分离的，分别安装在不同的飞行平台上，收发平台的速度大小和方向都可以是不同的，收发分置使其具有获取目标信息丰富、作用距离远、抗干扰能力强、安全性好等优点。

然而，双基地SAR存在斜距史双根号形式的问题，导致在求解二维频谱时，如果直接采用驻定相位原理的话，则需要求解一个一元八次方程，将很难得到驻定相位点的解析表达式。

针对上述问题，目前已经出现一些对双基地二维频谱求解的方法，如LBF算法，该算法分别计算两个平台的驻定相位点，然后将它们结合在一起，得到双基地的驻定相位点，进而得到点目标响应二维频谱，由于该方法没有考虑收发平台的多普勒贡献的差别，导致其不能直接应用在几何结构差异比较大的双基地SAR系统中，详见O Loffeld,H Nies,V Peter,et al.Models and useful relation for bistatic SAR processing[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,2004,42(10):2031-2038；MSR算法，该算法首先利用泰勒公式将斜距史展开为方位向慢时间的高阶表达式，然后利用级数反演求得驻定相位点，进而求得点目标响应二维频谱，该算法较为精确，且适用于任意飞行模式，但其二维频谱表达式复杂，不利于后续成像处理，详见Wang R,Loffeld O,Neo Y L,et al.Extending Loffeld’s bistatic formula for the general bistatic SAR configuration.Radar,Sonar Navigation,IET,2010,4(1):74-84.

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的LBF方法适用性低，MSR方法二维频谱复杂的问题，从几何构型角度出发，提出了一种基于双基SAR几何构型的二维频谱确定方法。与现有的LBF算法相比，本发明能够有效克服LBF方法不能适用于大斜视角情况的缺点，同时与MSR方法相比，二维频谱表达式更加简洁。

为了方便描述本发明的内容，首先定义以下术语：

定义1、合成孔径雷达快时间、慢时间、快频率、慢频率

SAR运动平台飞过一个方位向合成孔径长度所需要的时间称为慢时间，雷达系统以一定时间长度的重复周期发射接收脉冲，因此慢时刻可以表示为一个以脉冲重复周期为步长的离散化时间变量，其中每一个脉冲重复周期离散时间变量值为一个慢时刻，慢时间经过傅里叶变换所对应的频率称慢频率；合成孔径雷达快时间是指在一个脉冲重复周期内，距离向采样回波信号的时间间隔变量，快时间经过傅里叶变换所对应的频率称快频率。详见文献“合成孔径雷达成像原理”，皮亦鸣等编著，电子科技大学出版社出版。

定义2、斜距史

发射平台斜距史是发射平台到点目标的距离历史，接收平台斜距史是接收平台到点目标的距离历史，总斜距史是发射平台斜距史与接收平台斜距史之和。

定义3、傅里叶变换

傅里叶变换(Fourier transform)表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合，例如：

f(t)是t的周期函数，如果t满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点上周期内具有有限个极值点；绝对可积。则称为f(t)的傅里叶变换。

定义4、点目标响应二维频谱

点目标响应二维频谱是指点目标原始回波进行二维傅里叶变换得到的二维频谱。详见文献“合成孔径雷达成像----算法与实现，Frank H.Wong等编著，电子工业出版社出版。”

定义5、驻定相位原理

驻定相位原理是分析大时宽带宽积信号频谱的有效工具，可以求得该类信号的近似频谱，例如：

如果函数U(t)连续并且在单点的一阶导数为零，且二阶导数在不为零，则有