[发明专利]固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法

摘要

本发明公开了一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，具体在得到目标回波后，使用一阶Keystone变换校正ST-BFSAR距离徙动的二维空变，该操作同时将慢时间零时刻时具有相同双基距离和的目标搬移到同一距离门；在完成距离徙动校正后，用非线性调频变标对同一距离门内目标的多普勒调频斜率进行均衡，消除多普勒调频斜率沿方位向的空变，并完成方位向压缩，从而实现了ST-BFSAR的精确聚焦，解决了传统SAR成像方法和现有双基地前视SAR成像方法无法解决ST-BFSAR数据处理时的二维空变问题。

主权项

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(xT,yT,hT)，其中，xT、yT和hT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,yR,hR)，其中，yR和hR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)=RT(x,y)+RR(t;x,y)，其中，t为方位时间，RT(x,y)为发射站到目标点P(x,y)的距离，RR(t;x,y)为接收站的距离历史， R T ( x , y ) = ( x - x T ) 2 + ( y - y T ) 2 + h T 2 ; R R ( t ; x , y ) = r 0 R ( x ) 2 + V 2 ( t - t 0 ) 2 - 2 r 0 R ( x ) V ( t - t 0 ) cos θ dR ( x ) , 其中， r 0 R ( x ) = y R 2 + h R 2 + x 2 为接收站到目标点P(x,y)的中心斜距，t0=y/V，cosθdR(x)=|yR|/r0R(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： s r ( τ , t ; x , y ) = rect [ τ - τ d ( t ; x , y ) T r ] w a [ t - t 0 T a ] × exp { jπ K r [ τ - R ( t ; x , y ) c ] 2 } exp { - j 2 π f c R ( t ; x , y ) c } 其中,τ为距离向时间变量，τd(t;x,y)为点目标P(x,y)的双基距离和延时，rect[·]和ωa[·]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，Kr是发射信号的时间调频斜率，c为光速，f0为载波频率，Tr和Ta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sr(τ,t;x,y)沿距离向进行傅立叶变换，得到Sr(f,t;x,y)，其中，f是距离向频率，利用Kr构造匹配函数exp{‑jπf2/Kr}，进行距离向脉冲压缩，得到距离压缩后的数据，记为Src(f,t；x,y)： S rc ( f , t ; x , y ) = rect ( f B r ) 2 w a [ t - t 0 T a ] exp { - j 2 π ( f + f c ) R ( t ; x , y ) c } 其中，Br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 ( t 0 ; x , y ) + A ( t - t 0 ) + B 2 ( t - t 0 ) 2 + C 6 ( t - t 0 ) 3 · · · 其中，R(t0;x,y)=RT(x,y)+r0R(x)， A = ∂ R R ( t ; x , y ) ∂ t | t = t 0 , B = ∂ 2 R R ( t ; x , y ) ∂ t 2 | t = t 0 , C = ∂ 3 R R ( t ; x , y ) ∂ t 3 | t = t 0 , 将距离历史和泰勒展开式带入到步骤三得到的Src(f,t;x,y)表达式中： S rc ( f , t ; x , y ) = rect ( f B r ) 2 w a [ t - t 0 T a ] exp { - j 2 π ( f + f c ) R ( t ; x , y ) c } × exp { - j 2 π c ( f + f c ) [ R ( t 0 ; x , y ) + A ( t - t 0 ) + B 2 ( t - t 0 ) 2 + C 6 ( t - t 0 ) 3 · · · ] } 然后对方位时间做如下的一阶Keystone变换： t = ( f c f + f c ) t m 其中，tm为Keystone变换后方位时间，则Src(f,t;x,y)转换为： S KT ( f , t m ; x , y ) = rect ( f B r ) w a [ t - t 0 T a ] exp { - j 2 π c ( f + f c ) [ R ( t 0 ; x , y ) - D ] - j 2 π c ( A - Bt 0 + C 2 t 0 2 ) f c t m - j π c ( B - Ct 0 ) f c 2 t m 2 ( f + f c ) - j π c Cf c 3 t m 3 3 ( f + f c ) 2 } = rect ( f B r ) w a [ t - t 0 T a ] exp { - j 2 π c fR ( 0 ; x , y ) } exp { - j 2 π c f c R ( t m ; x , y ) } 其中， D = At 0 - Bt 0 2 / 2 + Ct 0 3 / 6 , R(0;x,y)=R(t;x,y)|t＝0， R ( t m ; x , y ) = R ( t ; x , y ) | t = t m ; 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SKT(f,tm;x,y)沿距离向做傅立叶反变换，可得： s KT ( τ , t m ; x , y ) = sin c ( τ - R ( 0 ; x , y ) / c T r ) w a [ t - t 0 T a ] exp { - j 2 π c f c R ( t m ; 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 - x T ) 2 + ( y - y T ) 2 + h T 2 + x 2 + ( y - y R ) 2 + h R 2 , 可得： x = x T 2 + x T L 2 M + R M 2 + L 2 - 2 MN 2 M , 其中， L = y R 2 - y T 2 + 2 y ( y T - y R ) + h R 2 - h T 2 , M = R 2 - x T 2 , N = ( y - y R ) 2 + ( y - y T ) 2 + h R 2 + h T 2 , 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fdr(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：Δfdr(R,y)=fdr(R,y)‑fdr(R,0)其中，fdr(R,0)为参考零点目标调频斜率；对Δfdr(R,y)关于方位时间tm积分两次，则可构造非线性调频变标摄动函数的相位为 φ p ( t m ; R ) = 1 2 Δf dr ( R , y ) t m 2 用摄动函数Sp(tm;Ri)=exp{jφp(tm;R)}乘以步骤五中得到的sKT(τ,tm;x,y)，使同一距离R处的目标多普勒调频率都为fdr(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。