[发明专利]一种任意构型双基地合成孔径雷达频谱简化方法

摘要

本发明公开了一种任意构型双基地合成孔径雷达频谱简化方法，具体包括：初始化参数、离散化GBiSAR频谱相位、构建零均值空间数值矩阵、求解主元基底、求解主元分量、空间函数降维、频谱加权求和。本发明的方法利用主元分析方法对GBiSAR频谱相位进行处理，将GBiSAR频谱相位简化为傅里叶变换核相位的形式，进而依据该简化式可应用高效频域成像处理技术高效地实现聚焦成像，克服了现有技术无法正确简化起伏高度目标、任意构型GBiSAR大场景回波频谱的局限性，扩展了频域成像处理算法的通用性。

主权项

1.一种任意构型双基地合成孔径雷达回波频谱简化方法，具体步骤如下：步骤1、初始化参数初始化前视双基地合成孔径雷达成像系统参数包括：雷达系统发射的信号中心频率，记做ξ₀；雷达发射信号波长，记做λ；雷达系统发射信号带宽，记做B；雷达系统发射信号调频斜率，记做μ；雷达系统脉冲重复频率，记做PRF；雷达系统距离向采样点数，记做M；雷达系统方位向采样点数，记做N；发射和接收平台在初始时刻的空间位置分别为[x_T0,y_T0,z_T0]和[x_R0,y_R0,z_R0]；发射和接收平台的速度大小分别为v_T,v_R；发射和接收平台运动速度方向夹角为成像区域目标数字高程图；步骤2、离散化GBiSAR频谱相位将GBiSAR回波频谱相位的连续表达式按照二维空间位置、二维频率进行均匀离散化，得到离散化的频谱相位：其中，GBiSAR回波频谱相位连续表达式具体说明如下：其中，P是整数，fp,p＝0,1,...,P‑1是关于二维频率的复合函数sp,p＝0,1,...,P‑1是关于三维空间位置的复合函数其中，c是光速，γ2,γ3,γ4表达式如下：k_p(x,y,z)是关于GBiSAR系统斜距史R(t；x,y,z)的p阶导数，R(t；x,y,z)＝k₀(x,y,z)＝r_T(x,y,z)/cosθ_T(x,y,z)+r_R(x,y,z)/cosθ_R(x,y,z)；其中，tcen是目标的合成孔径中心时刻，rT(x,y,z)、rR(x,y,z)分别是发射平台、接收平台距离目标的最近斜距，θT(x,y,z)、θR(x,y,z)分别是发射平台、接收平台相对目标的斜视角，rT(x,y,z)、rR(x,y,z)、θT(x,y,z)、θR(x,y,z)的表达式分别为：其中，[x_T0,y_T0,z_T0]和[x_R0,y_R0,z_R0]分别是GBiSAR系统发射、接收平台的初始位置，v_T,v_R分别是GBiSAR系统发射、接收平台的运动速度大小，是GBiSAR系统发射、接收平台运动速度方向的夹角大小；ξm,ηn分别为二维频率离散点位置ξm＝ξ0+mΔξ,ηn＝η0+nΔη，ξ0,η0分别是发射信号中心频率和回波信号多普勒中心频率，Δξ,Δη分别为二维频率间隔，Δξ＝B/Nr,Δη＝PRF/Na，m,n分别为二维频率编号m＝‑M/2,...,M/2‑1,n＝‑N/2,...,N/2‑1，xi,yl,zi,l分别为三维空间位置离散点位置xi＝xref+iΔx,yl＝yref+lΔy，zi,l＝DEM(xi,yl)，Δx,Δy分别为二维空间位置间隔，i,l分别为二维空间位置编号i＝‑M/2,...,M/2‑1，l＝‑N/2,...,N/2‑1，xref,yref为参考点目标二维空间位置，DEM为成像区域的数字高程图；步骤3、构建零均值空间数值矩阵对于每一个空间位置(x_i，y_l，z_i，l)，利用步骤2中得到的离散频谱相位中的各阶空间函数s_p(x_i,y_l,z_i,l)，p＝0,1,...,P‑1，构建零均值空间函数矩阵S_i，l，其中，步骤4、求解主元基底根据步骤3得到的零均值空间函数矩阵S_i，l，得到空间散度矩阵G，利用公式Ge_q＝λ_qe_q，得到空间散度矩阵G的P个特征值λ₀，λ₁，...，λ_P‑1、及其对应的P个特征向量e₀，e₁，...，e_P‑1，其中，λ₀≥λ₁≥…≥λ_P‑1，选取e₀，e₁作为主元基底；步骤5、求解主元分量对于每一个空间位置(xi，yl，zi，l)，利用步骤4得到的主元基底e0，e1，以及步骤3得到的零均值空间数值矩阵Si，l，并根据公式a0，i，l＝e0TSi，l，a1，i，l＝e1TSi，l，得到主元分量a0，i，l，a1，i，l；步骤6、空间函数降维利用步骤4得到的主元基底e₀，e₁，以及步骤5得到的主元分量a_0，i，l,a_1，i，l，根据公式对离散化频谱相位中的各阶空间函数s_p(x_i,y_l,z_i,l)，p＝0,1,...,P‑1进行降维处理；步骤7、频谱加权求和将步骤6得到的降维后的空间函数代入到频谱相位公式中，并把具有相同主元分量的各项合并，得到简化近似后的频谱相位，ψ(m，n；i，l)≈a_0，i，lF₀(m，n)+a_1，i，lF₁(m，n)，其中，F₀(m，n)，F₁(m，n)为加权频率函数，F₀(m，n)＝[f₀(m，n) f₁(m，n) ... f_P‑1(m，n)]e₀，F₁(m，n)＝[f₀(m，n) f₁(m，n) ... f_P‑1(m，n)]e₁；根据步骤7处理后，即得到简化为傅里叶变换积分核形式的GBiSAR频谱。