[发明专利]双基前视SAR动目标成像方法与动目标速度估计方法

摘要

本发明公开了一种基于失配压缩的双基前视SAR动目标成像方法与动目标速度估计方法。本发明的成像方法首先推导出双基前视SAR动目标多普勒质心和多普勒调频率并构造出动目标方位信号；接着利用存在速度估计误差的参考函数与动目标方位信号进行失配压缩处理，然后基于驻定相位原理得到失配压缩处理的动目标散焦结果图像；最后利用该散焦图像的位置及散焦展宽宽度，与多普勒质心误差、多普勒调频率误差的关系，完成对多普勒质心误差、多普勒调频率误差的估计；进而可以得到动目标的准确多普勒质心、多普勒调频率，最后利用估计出的动目标准确多普勒质心、多普勒调频率完成对动目标的成像处理。

主权项

1.一种基于失配压缩的BFL-SAR动目标成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：建立BFL-SAR成像几何模型，完成参数初始化；设P为成像区域中的动目标，假设其距离向和方位向的运动速度分别为v_r和v_a；BFL-SAR发射站与动目标P的斜视距离为R_T，发射站速度为V_T，发射站飞行方向与波束中心夹角为θ；接收站与动目标P的斜视距离为R_R，发射站速度为V_R，接收站飞行方向与波束中心夹角为零度；步骤二：获取BFL-SAR动目标的多普勒质心和多普勒调频率；BFL-SAR模式下，动目标P的多普勒质心f_dc为：fdc=VR-vrλ+VTcosθ-vrcosθ-vasinθλ]]>其中，λ为发射信号载波波长，动目标P的多普勒调频率f_dr为：fdr=va2λRR+(VTsinθ+vrsinθ-vacosθ)2λRT]]>假设动目标方位向速度估计误差和距离向速度估计误差分别为Δv_a和Δv_r，则存在速度估计误差情况下的多普勒质心f′_dc和多普勒调频率f′_dr分别为：fdc′=VR-(vr+Δvr)λ+VTcosθ-(vr+Δvr)cosθ-(va+Δva)sinθλ=fdc+Δfdc]]>其中，多普勒中心估计误差Δf_dc为：Δfdc=-Δvrλ-Δvrcosθ+Δvasinθλ;]]>fdr′=(va+Δva)2λRR+(VTsinθ-(vr+Δvr)sinθ-(va+Δva)cosθ)2λRT=fdr+Δfdr]]>其中，多普勒调频率估计误差Δf_dr为：Δfdr=2vaΔva+Δva2λRR+2(VTsinθ+vrsinθ-vacosθ)(Δvrsinθ-Δvacosθ)+(Δvrsinθ-Δvacosθ)2λRT]]>步骤三：构造出动目标方位信号和存在速度估计误差的参考函数；由步骤二，可得BFL-SAR动目标方位信号S(t)为：S(t)=rect[tT]exp{j2π(fdct+12fdrt2)}]]>其中，rect[·]为方位时间窗，T为方位时宽，t为方位向时间。存在速度估计误差的参考函数S_ref(t)为：Sref(t)=rect[tTp]exp{j2π(fdc′t+12fdr′t2)}=rect[tTp]exp{j2π(fdct+12fdrt2)}exp{j2π(Δfdct+12Δfdrt2)}]]>其中，T_p为参考函数时宽。步骤四：利用参考函数与动目标方位信号进行失配压缩处理，可得：Scmp(t)=∫-∞∞S(ζ)·Sref*(ζ-t)dζ=∫-∞∞rect[ζT]·rect[ζ-tTp]exp{-j2π[12Δfdrζ2+(-fdrt+Δfdc-Δfdrt)ζ+12fdrt2-fdct-Δfdct+12Δfdrt2]}dζ=exp{-j2π(c-b24a)}∫-∞∞rect[ζT]·rect[ζ-tTp]exp{-2πa(ζ+b2a)2}dζ=exp{-2π(c-b24a)}·L(t)]]>其中，ζ为时间变量，(^*)表示共轭，b=-f_drt+Δf_dc-Δf_drt，c=12fdrt2-fdct-Δfdct+12Δfdrt2,]]>且L(t)的表达式为：L(t)=∫-∞∞rect[ζT]exp{-j2πa(ζ+b2a)2}dζ]]>利用驻定相位原理，完成L(t)的积分；首先获取L(t)驻定相位点ζ_k为：再将该驻定相位点表达式带入上式L(t)中，可得：L(t)=rect[t-Δfdc/fdr′Δfdr/fdr′·T]∫ζk-Δζk+Δexp{-j2πa(ζ-ζk)2}dζ]]>其中，[ζ_k-Δ,ζ_k+Δ]表示预先选取的积分区间，令η=2a(ζ-ζk),]]>上式可简化为：L(t)=rect[t-Δfdc/fdr′Δfdr/fdr′·T]12a∫-2aΔ2aΔexp{-jπ2η2}dη]]>对上式取模操作，可得失配压缩后动目标的散焦图像结果为：|L(t)|=rect[fdr′t-ΔfdcΔfdrT]12a=rect[t-Δfdc/fdr′Δfdrfdr′T]12a]]>其中，|·|表示取模操作。步骤五：利用散焦图像的位置及散焦展宽宽度，与多普勒质心误差、多普勒调频率误差的关系，完成对多普勒质心误差、多普勒调频率误差的估计；由步骤四可得失配压缩后动目标的散焦图像的位置t_mid与散焦展宽宽度T_dcmp，又因为：t_mid=Δf_dc/′_drTdcmp=Δfdrfdr′T]]>则可得多普勒质心误差、多普勒调频率误差的估计为：Δfdc=fdr′·tmidΔfdr=fdr′·Tdcmp/T]]>步骤六：利用多普勒质心误差、多普勒调频率误差的估计得到动目标的准确多普勒质心、多普勒调频率，构造动目标方位准确参考信号，完成对动目标的成像处理；由步骤二及步骤五，可得动目标的准确多普勒质心f_dc、多普勒调频率为f_dr：fdc=fdr′-Δfdcfdr=fdr′-Δfdr]]>最后利用得到的动目标的准确多普勒质心f_dc和多普勒调频率f_dr，构造动目标方位准确参考信号S(t)，完成对动目标的成像处理，成像处理结果S_imge(t)为：Simge(t)=∫-∞∞S(ζ)·S*(ζ-t)dζ=sinc(t-t0),]]>其中，sinc(·)为辛格函数，t₀为动目标的成像结果位置点。