[发明专利]一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法

摘要

本发明公开了一种双基地调频连续波合成孔径雷达(SAR)频率变标成像方法；其具体实现过程如下(1)获取回波信号并进行预处理；(2)对回波信号进行去调频并移除残余视频相位；(3)对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正；(4)对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩，一致距离徙动校正和位置偏移校正；(5)方位压缩；(6)对信号方位向进行逆傅里叶变换，得到最终的聚焦图像。本发明可在不进行插值操作的情况下，实现双基地调频连续波SAR原始数据的精确聚焦，解决了插值运算量庞大的问题，提高了处理速度。

主权项

一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：获取回波信号并进行预处理；步骤二：对回波信号进行去调频并移除残余视频相位；步骤三：对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正；步骤四：对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩，一致距离徙动校正和位置偏移校正；步骤五：方位压缩；步骤六：对信号方位向进行逆傅里叶变换，得到最终的聚焦图像；步骤一中，获取回波信号并进行预处理的步骤为：成像系统参数初始化；双基地调频连续波SAR回波信号建模；计算回波信号的二维频谱；分解回波信号的二维频谱；成像系统参数初始化的具体实现方式为：设双基地调频连续波SAR频率变标成像系统的发射站的位置坐标为(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为(xR,yR,hR)，其中xR、yR和hR分别为接收站的x轴、y轴和z轴坐标；波束中心位于场景坐标原点处时记为零时刻，平台速度为v，场景中任一点目标的位置坐标为P(x,y)；双基地调频连续波SAR回波信号建模的具体实现方式为：计算双基地调频连续波SAR的双程距离延时：双程距离延时记为ηd，发射信号在任意方位向时间η通过发射站发射，然后在时间η+ηd通过接收站接收，RT(η；x,y)代表从发射站到点目标的瞬时斜距，RR(η+ηd；x,y)代表从点目标到接收站的瞬时斜距；双基地调频连续波SAR的双程距离延时表示为其中，RT(η;x,y)=(rTcosθST)2+v2(η-yv)2-2rTv(η-yv)tanθST]]>RR(η+ηd;x,y)=(rRcosθSR)2+v2(η+ηd-yv)2-2rRv(η+ηd-yv)tanθSR]]>c为电磁波传播速度，rT，rR分别为发射站和接收站与点目标P(x,y)的最近斜距，且θST，θSR分别为零时刻发射站与接收站的斜视角，且θST＝arctan(|yT‑y|/rT)，θSR＝arctan(|yR‑y|/rR)；回波信号表示为：s(τ,η；x,y)＝exp(jπKr(τ‑ηd)2)exp[j2πf0(τ‑ηd)]其中，Kr为发射信号的调频斜率，f0为发射信号的载频，τ为距离向时间；计算回波信号的二维频谱具体实现方式如下：利用广义Loffeld模型以及驻定相位定理，求得双基地调频连续波SAR的点目标二维频谱：ΦG(f,fη)=2παc[rTFT(f,fη)+rRFR(f,fη)]-2π(fηT(fη)fKr+fηR(fη)fKr)+2π(fηT(fη)rTtanθSTv+fηR(fη)rRtanθSRv)-2π[fηT(fη)ηc+fηR(fη)ηc]-2(f+f0)ηc+2πfηyv]]>其中ηc＝α(rTref+rRref)/c,rTref和rRref分别为发射站与接收站的参考斜距；FT(f,fη)=(f+f0)2-[vc(f+f0)+cfηT(fη)αv]2]]>FR(f,fη)=(f+f0)2-[vc(f+f0)+cfηR(fη)αv]2]]>fη为多普勒频率，fηT(fη)和fηR(fη)分别是分配给发射站和接收站的多普勒频率：fηT(fη)=fηcT+fηrTfηr(fη-fηc)-fηrTfη3-fη3Tfηrfηr3(fη-fηc)2]]>fηR(fη)=fηcR+fηrRfηr(fη-fηc)-fηrRfη3-fη3Rfηrfηr3(fη-fηc)2]]>其中fηcT=-f+f0cdRT(η)dη|η=0fηcR=-f+f0cdRR(η+ηd)dη|η=0]]>fηrT=-f+f0cd2RT(η)dη2|η=0fηrR=-f+f0cd2RR(η+ηd)dη2|η=0]]>fη3T=-f+f0cd3RT(η)dη3|η=0fη3R=-f+f0cd3RR(η+ηd)dη3|η=0]]>和fηc＝fηcT+fηcR，fηr＝fηrT+fηrR，fη3＝fη3T+fη3R；分解回波信号的二维频谱，具体实现方式如下：对双基地调频连续波SAR的二维频谱的各个组成部分进行相关分析，并分解；将FT(f,fη)和FR(f,fη)利用泰勒公式在f＝0处展开到二阶：FT(f,fη)=DTf0+1-μ1Tμ2TDTf-(μ1T-μ2T)22f0DT3f2]]>FR(f,fη)=DRf0+1-μ1Rμ2RDRf-(μ1R-μ2R)22f0DR3f2]]>其中，DT=1-μ1T2μ1T=vc+cfηT(fη)αvf0μ2T=vc]]>DR=1-μ1R2μ1R=vc+cfηR(fη)αvf0μ2R=vc]]>ΦG(f,fη)被分解为ΦG(f,fη)＝ΦAC(fη)+ΦRCM(f,fη)+ΦRL(f)+ΦRC(f,fη)+ΦAL(fη)其中ΦAC(fη)=2π(αrTDTf0c+αrRDRf0c)]]>ΦRCM(f,fη)=2π[αrT(1-μ1Tμ2T)cDT+αrR(1-μ1Rμ2R)cDR]f]]>ΦRL(f)=-2π(f+f0)ηc-2π[-fηT(fη)Kr-fηR(fη)Kr]f]]>ΦRC(f,fη)=π1Kmf2=π[-αrT(μ1T-μ2T)2cf0DT3-αrR(μ1R-μ2R)2cf0DR3]f2]]>ΦAL(fη)=2π[2fηT(fη)rTtanθSRv-fηT(fη)ηc-fηR(fη)ηc+fηyv]]]>ΦAC(fη)是方位压缩因子；ΦRCM(f,fη)是随距离频率变化的线性项；ΦRL(f)代表常数的距离偏移和距离不变的距离走动项；ΦRC(f,fη)是距离频率的二阶项，代表二次距离压缩；距离向调频率Km是方位频率的函数且在距离多普勒域随距离变化Km=1-αrT(μ1T-μ2T)2cf0DT-αrR(μ1R-μ2R)23cf0DR3]]>ΦAL(fη)代表点目标聚焦后在成像空间中的方位定标，常数的方位偏移和点目标P(x,y)与场景中心之间沿飞行轨迹的位置差。