[发明专利]一种基于双基SAR几何构型的二维频谱确定方法

摘要

本发明提出了一种基于双基SAR几何构型的二维频谱确定方法，它是通过引入收发平台的多普勒频率分量，利用收发平台瞬时斜视角来表示双基SAR的二维频谱，并通过双基SAR的几何构型进行求解收发平台的瞬时斜视角，进而求得双基SAR的二维频谱。与现有的LBF方法相比，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；本发明的方法可用于双基SAR系统。

主权项

一种基于双基SAR几何构型的二维频谱确定方法，其特征是它包括以下几个步骤： 步骤1、双基地SAR参数初始化： 初始化参数包括：脉冲重复频率，记做PRF；距离向采样频率，记做F_s；距离向快时刻序列，记做τ，τ＝1,2...N_r，N_r为快时刻总数；方位向慢时刻序列，记做t，t＝1,2...N_a，N_a为慢时刻总数；快频率，记做f_τ，N_r为快时刻总数，F_s为距离向采样频率；慢频率，记做f_a，N_a为慢时刻总数，PRF为脉冲重复频率；雷达工作频率，记做f_c；载波波长，记做λ；脉冲宽度，记做T_p；线性调频信号调频斜率，记做γ；电磁波在空气中的传播速度，记做c；发射平台初始时刻斜视角，记做θ_T0；接收平台初始时刻斜视角，记做θ_R0；发射平台的速度，记做V_T；接收平台的速度，记做V_R；发射平台到目标的最近距离，R_T0；接收平台到目标的最近距离，记做R_R0；点目标回波，记做ss(t,τ)，上述参数均为SAR系统标准参数，在SAR系统设计和观测过程中已经确定；根据SAR成像系统方案和观测方案，SAR成像方法需要的初始化系统参数均为已知；步骤2、回波信号二维傅里叶变换： 采用公式计算得到接收平台到点目标的距离历史，记做R_R(t)，其中R_R0为步骤1中接收平台到目标的最近距离，V_R为步骤1中接收平台的速度，t为步骤1中方位向慢时刻序列，t_R0＝R_R0tan(θ_R0)/V_R为接收平台到目标最近距离的时刻，其中θ_R0为步骤1中接收平台初始时刻斜视角；采用公式计算得到发射平台到点目标的距离历史，记做R_T(t)，其中R_T0为步骤1中发射平台到目标的最近距离，V_T为步骤1中发射平台的速度，t为步骤1中方位向慢时刻序列，t_T0＝R_T0tan(θ_T0)/V_T为发射平台到目标最近距离的时刻，其中θ_T0为步骤1中发射平台初始时刻斜视角；对点目标回波ss(t,τ)沿距离向进行傅里叶变换，得到双基地SAR点目标回波在距离频域‑方位时域的表达式： 其中，j为虚数单位，即‑1的开根值，t为步骤1中方位向慢时刻序列，f_τ为步骤1中快频率，c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，γ为步骤1中线性调频信号调频斜率，f_c为步骤1中雷达工作频率，R_R(t)为步骤2中接收平台到点目标的距离历史，R_T(t)为步骤2中发射平台到点目标的距离历史； 对(1)式沿方位向进行傅里叶变换得到二维频域表达式： 其中，τ为步骤1中方位向慢时刻序列，γ为步骤1中线性调频信号调频斜率，t为步骤1中方位向慢时刻序列，c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，f_τ为步骤1中快频率，f_a为步骤1中慢频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，R_R(t)为步骤2中接收平台到点目标的距离历史，R_T(t)为发射平台到点目标的距离历史；步骤3、计算收发平台多普勒频率分量： 采用公式f_aCT＝(f_τ+f_c)V_Tsinθ_T0/c计算得到发射平台多普勒中心频率，记做f_aCT，其中f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_T为步骤1中发射平台速度，θ_T0为步骤1中发射平台初始时刻斜视角，c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度； 采用公式f_aCR＝(f_τ+f_c)V_Rsinθ_R0/c计算得到接收平台多普勒中心频率，记做f_aCR，其中f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_R为步骤1中接收平台速度，θ_R0为步骤1中接收平台初始时刻斜视角，c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度； 采用公式k＝(R_R0/R_T0)(cosθ_T0/cosθ_R0)³(V_T/V_R)计算得到中间变量，记做k，其中R_R0为步骤1中接收平台到目标的最近距离，R_T0为步骤1中发射平台到目标的最近距离，θ_R0为步骤1中接收平台初始时刻斜视角，θ_T0为步骤1中发射平台初始时刻斜视角，V_R为步骤1中接收平台速度，V_T为步骤1中发射平台速度； 采用公式f_aT＝(kV_Tf_a‑kV_Tf_aCR+V_Rf_aC)_T/(V_R+kV)_T计算得到发射平台多普勒频率分量，记做f_aT，其中k为步骤3中的中间变量，V_T为步骤1中发射平台速度，V_R为步骤1中接收平台速度，f_a为步骤1中慢频率，f_aCR为步骤3中接收平台多普勒中心频率，f_aCT为步骤3中发射平台多普勒中心频率； 采用公式f_aR＝(V_Rf_a+kV_Tf_aCR‑V_Rf_aCT)/(V_R+kV_T)计算得到接收平台多普勒频率分量，记做f_aR，其中k为步骤3中的中间变量，V_T为步骤1中发射平台速度，V_R为步骤1中接收平台速度，f_a为步骤1 中慢频率，f_aCR为步骤3中接收平台多普勒中心频率，f_aCT为步骤3中发射平台多普勒中心频率； 步骤4、计算驻定相位时刻时收发平台瞬时斜视角的正余弦值：定义(2)式中积分部分的驻定相位时刻，记做在时刻接收平台斜视角，记做在时刻发射平台斜视角，记做采用公式计算接收平台在驻定相位时刻时，斜视角的正弦值，记做其中c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_R为步骤1中接收平台速度，f_aR为步骤3中接收平台多普勒频率分量；采用公式计算得到接收平台在驻定相位时刻斜视角的余弦值，记做其中c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_R为步骤1中接收平台速度，f_aR为步骤3中接收平台多普勒频率分量；采用公式计算得到发射平台在驻定相位时刻斜视角的正弦值，记做其中c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_T为步骤1中发射平台速度，f_aT为步骤3中发射平台多普勒频率分量；采用计算得到发射平台在驻定相位时刻斜视角的余弦值，记做其中c为步骤1中电磁波在空气中的传播速度，f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，V_T为步骤1中发射平台速度，f_aT为步骤3中发射平台多普勒频率分量；步骤5、求解驻定相位时刻时收发平台到目标点的斜距：采用公式计算得到发射平台运动时间后的斜距，记做其中R_T0为步骤1中发射平台到目标的最近距离，为步骤4中发射平台在驻定相位时刻的斜视角，θ_T0为步骤1中发射平台在初始时刻的斜视角，V_T为步骤1中发射平台的速度，为驻定相位时刻；采用公式计算得到接收平台运动时间后的斜距，记做其中R_R0为步骤1中接收平台到目标的最近距离，为步骤4中接收平台在驻定相位时刻的斜视角，θ_R0为步骤1中接收平台在初始时刻的斜视角，V_R为步骤1中接收平台的速度，为驻定相位时 刻：步骤6、计算点目标响应的二维频谱： 将代入到(2)式，得到点目标响应的二维频谱：其中，f_a为步骤1中慢频率，τ为步骤1中距离向快时间，γ为步骤1中线性调频信号调频斜率，为步骤4中驻定相位时刻，为步骤5中在驻定相位时刻接收平台到目标的距离，为步骤5中在驻定相位时刻发射平台到目标的距离；将步骤5中的得到的代入(3)式中，并利用关系得到基于双基SAR几何构型的二维频谱：其中，f_τ为步骤1中快频率，f_c为步骤1中雷达工作频率，为步骤4中接收平台在驻定相位时刻的斜视角，为步骤4中发射平台在驻定相位时刻的斜视角，θ_R0为步骤1中接收平台在初始时刻的斜视角，θ_T0为步骤1中发射平台在初始时刻的斜视角，R_R0为步骤1中接收平台到目标的最近距离，R_T0为步骤1中发射平台到目标的最近距离。