[发明专利]基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法

摘要

本发明属于雷达技术领域，公开了一种基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法，其方法步骤为：1）对目标瞬时距离方程进行等效；2）将目标原始回波信号变到距离多普勒域；3）根据等效后的距离方程，在距离多普勒域进行补余RCMC；4）将补余RCMC后的信号变到二维频域；5）在二维频域进行距离压缩和一致RCMC；6）将一致RCMC后的信号变到距离多普勒域；7）在距离多普勒域进行相位校正和方位压缩；8）对相位校正和方位压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对目标的成像。本发明仅需知道等效速度v_e，无需对目标参数进行高维搜索，计算效率高；利用变标实现距离徙动校正，不需要插值，便于工程实现，成像精确。

主权项

一种基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对目标的瞬时距离方程进行二次等效，得到二次等效后的目标距离方程：$R\left(t_a\right)=\sqrt{{(v_e{t}_a-x_e)}^2+y_e^2}$$v_e=\sqrt{{(v_a-v_x)}^2+a_y{y}_0+v_y^2}$$x_e=-\frac{y_0{v}_y}{\sqrt{{(v_a-v_x)}^2+a_y{y}_0+v_y^2}}$$y_e=\sqrt{\frac{{(v_a-v_x)}^2+a_y{y}_0}{{(v_a-v_x)}^2+a_y{y}_0+v_y^2}}$其中，雷达工作在正侧视模式下，雷达平台速度为v_a，t_a为慢时间；t_a＝0时，目标方位向速度、方位向加速度、距离向速度、距离向加速度分别为v_x、a_x、v_y和a_y，且此时，雷达位于坐标原点，目标位于(0，y₀)；R(t_a)为t_a时刻目标到雷达的瞬时距离，x_e、y_e为等效后目标的位置参数，v_e为等效后雷达平台的速度；目标的原始回波信号为：$s\left(t_a,t_r\right)=w_a\left(t_a\right)w_r\left(t_r-2R\left(t_a\right)/c\right)\exp \left\{-j4{\mathrm{\πf}}_c\frac{R\left(t_a\right)}{c}+{\mathrm{j\πK}}_r{\left(t_r-\frac{2R\left(t_a\right)}{c}\right)}^2\right\}$其中，t_r为快时间，c为光速，w_a(t_a)、w_r(t_r)分别为目标回波信号的方位包络和距离包络，f_c为雷达发射信号的载频，K_r为雷达发射的线性调频信号的调频率；步骤2，对地面加速运动目标的原始回波信号进行方位向傅里叶变换，将目标的原始回波信号变换到距离多普勒域，得到距离多普勒域目标信号；步骤3，根据二次等效后的目标距离方程，构造变标方程如下：根据二次等效后的目标距离方程和距离多普勒域目标信号的表达式$\begin{array}{c}s\left(f_a,t_r\right)=W_a(f_a-f_{ac})w_r\left(\frac{K_m\left(v_e,f_a\right)}{K_r}\left(t_r-\frac{2y_c}{cD\left(f_a,v_e\right)}\right)\right)\\ \×\exp \left\{-j\mathrm{\π}\frac{4y_{e}D\left(f_a,v_e\right)f_c}{c}\right\}\exp \left\{{\mathrm{j\πK}}_m\left(v_e,f_a\right){\left(t_r-\frac{2y_e}{cD\left(f_a,v_e\right)}\right)}^2\right\}\end{array}$目标的补余距离徙动表示为：距离多普勒域变标方程构造为：$s_{sc}(f_a,t_r)=\exp \left\{{\mathrm{j\πK}}_m(v_e,f_a)\right(\frac{1}{D(f_a,v_e)}-1\left){\left(t_r-\frac{2R_{ref}}{cD(f_a,v_e)}\right)}^2\right\}$其中，W_a(f_a)是目标信号方位频谱的包络，f_a是方位频率，f_ac为目标多普勒中心频率，R_ref为场景中心距离；然后对距离多普勒域目标信号进行补余距离徙动校正；步骤4，对补余距离徙动校正后的目标信号进行距离向傅里叶变换，得到二维频域目标信号；步骤5，在二维频域构造用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数如下：根据二维频域目标信号表达式$\begin{array}{c}{S}_1\left(f_a,f_r\right)=W_a\left(f_a-f_{ac}\right)W_r\left(f_r\right)\exp \left\{-j\frac{4{\mathrm{\πy}}_e{f}_{c}D\left(f_a,v_e\right)}{c}\right\}\\ \×\exp \left\{-j\mathrm{\π}\frac{D\left(f_a,v_e\right)f_r^2}{K_m\left(v_e,f_a\right)}\right\}\exp \left\{-j\frac{4{\mathrm{\πy}}_e}{c}{f}_r\right\}\\ \×\exp \left\{-j\frac{4\mathrm{\π}}{c}\left(\frac{1}{D\left(f_a,v_e\right)}-1\right)R_{ref}{f}_r\right\}\\ \×\exp \left\{j\frac{4{\mathrm{\πK}}_m\left(v_e,f_a\right)}{c^2}\left(1-D\left(f_a,v_e\right)\right){\left(\frac{y_e}{D\left(f_a,v_e\right)}-\frac{R_{ref}}{D\left(f_a,v_e\right)}\right)}^2\right\}\end{array}$其中，W_r(f_r)为目标信号距离频谱的包络，f_r是距离频率；目标距离调制和一致距离徙动的相位项为：$\exp \left\{-j\mathrm{\π}\frac{D(f_a,v_e)f_r^2}{K_m(v_e,f_a)}-j\frac{4\mathrm{\π}}{c}\left(\frac{1}{D(f_a,v_e)}-1\right)R_{ref}{f}_r\right\}$二维频域实现距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数构造为：$H(f_a,f_r)=\exp \left\{j\mathrm{\π}\frac{D(f_a,v_e)f_r^2}{K_m(v_e,f_a)}\right\}\exp \left\{j\frac{4\mathrm{\π}}{c}\left(\frac{1}{D(f_a,v_e)}-1\right)R_{ref}{f}_r\right\}$然后将二维频域目标信号与构造的用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数相乘，实现距离压缩和一致距离徙动校正；步骤6，对距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号进行距离向逆傅里叶变换，将距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号；步骤7，在距离多普勒域，构造用于方位压缩和相位校正的参考函数如下：根据距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号的表达式$\begin{array}{c}{S}_2\left(f_a,f_r\right)=W_a(f_a-f_{ac})p_r\left(t_r-\frac{2y_e}{c}\right)\exp \left\{-j\frac{4{\mathrm{\πy}}_e{f}_{c}D(f_a,v_e)}{c}\right\}\\ \×\exp \left\{j\frac{4{\mathrm{\πK}}_m\left(v_e,f_a\right)}{c^2}\left(1-D\left(f_a,v_e\right)\right){\left(\frac{y_e}{D\left(f_a,v_e\right)}-\frac{R_{ref}}{D\left(f_a,v_e\right)}\right)}^2\right\}\end{array}$其中，p_r(t_r)为距离冲激响应函数；目标方位调制和相位误差的相位项为：$\exp \left\{-j\frac{4{\mathrm{\πy}}_e{f}_{c}D\left(f_a,v_e\right)}{c}+j\frac{4{\mathrm{\πK}}_m\left(v_e,f_a\right)}{c^2}\left(1-D\left(f_a,v_e\right)\right){\left(\frac{y_e}{D\left(f_a,v_e\right)}-\frac{R_{ref}}{D\left(f_a,v_e\right)}\right)}^2\right\};$用于距离多普勒域方位压缩和相位校正的参考函数构造为：$H_a\left(f_a\right)=\exp \left\{j\frac{4{\mathrm{\πy}}_e{f}_{c}D\left(f_a,v_e\right)}{c}\right\}\exp \left\{-j\frac{4{\mathrm{\πK}}_m\left(v_e,f_a\right)}{c^2}\left(1-D\left(f_a,v_e\right)\right){\left(\frac{y_e}{D\left(f_a,v_e\right)}-\frac{R_{ref}}{D\left(f_a,v_e\right)}\right)}^2\right\}$将距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号与用于距离多普勒域方位压缩和相位校正的参考函数相乘，实现对距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号的方位压缩和相位校正，得到方位压缩和相位校正后的目标信号；步骤8，对方位压缩和相位校正后的目标信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面加速运动目标的成像。