[发明专利]一种忽略调频连续波圆周SAR脉内平台运动的判决方法

摘要

本发明属于雷达技术领域，公开了一种忽略调频连续波圆周SAR脉内平台运动的判决方法，本发明通过：(1)调频连续波圆周SAR回波建模；(2)获取调频连续波圆周SAR剩余视频相位去除后的时域回波信号；(3)获取调频连续波圆周SAR波数域回波信号；(4)获取调频连续波圆周SAR的二维波数谱；(5)分析脉内平台运动在二维波数域引入的相位误差；(6)得到调频连续波圆周SAR频域方法成像过程中忽略脉内平台运动的判决方法。该判决方法仅利用调频连续波圆周SAR成像系统参数即可快速高效的判断该系统在采用频域方法成像过程中是否可以忽略脉内平台，并指导技术人员选取合适的成像方法，能为简化调频连续波圆周SAR频域方法成像过程提供理论支撑。

主权项

1.一种忽略调频连续波圆周SAR脉内平台运动的判决方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤1调频连续波圆周SAR回波建模，包括计算调频连续波圆周SAR的瞬时斜距以及确定调频连续波圆周SAR的回波信号，基于以下步骤：(1.1)计算调频连续波圆周SAR的瞬时斜距：雷达平台在高度为H的平面内以角速度ω做圆周运动，其圆形运动轨迹半径为R，雷达位置为(Rcosθ,Rsinθ,H)，其中θ为全时间t时刻的方位观测角，且θ＝ωt，其中t_m和分别表示慢时间和快时间；地平面场景中的目标位置为其中r为目标的径向半径，为目标的方位角；雷达与目标之间的瞬时斜距R_r为：进一步，将R_r进行一阶泰勒近似为：其中，R_cen是脉冲体制圆周SAR停‑走‑停近似下的瞬时斜距，是调频连续波圆周SAR脉内平台运动引入的额外的距离徙动误差；(1.2)确定调频连续波圆周SAR的回波信号：雷达发射的线性调频信号表示为：其中，T_p为脉冲宽度，f_c为中心频率，K_r为调频率；雷达接收到的场景中目标的回波信号为发射信号的时延信号，即为：其中，c为光速；步骤2获取调频连续波圆周SAR剩余视频相位去除后的时域回波信号，包括去调频处理以及剩余视频相位去除后时域回波信号的获取，基于以下步骤：(2.1)去调频处理：将场景中心与雷达之间的距离R_ref作为参考距离，参考信号表示为：其中，T_ref为参考信号的脉冲持续宽度，略大于T_p；与相乘即可实现去调频处理，其中，表示参考信号的共轭，得到中频信号为：其中，R_Δ＝R_r‑R_ref，为剩余视频相位项；(2.2)剩余视频相位去除后时域回波信号的获取：剩余视频相位消除并获取所需的时域回波信号的过程表示为：其中，和分别表示傅里叶变换和逆傅里叶变换，f_i＝‑2K_rR_Δ/c为中频频率，λ＝f_c/c为载波波长，R_Δm＝R_cen‑R_ref；步骤3获取调频连续波圆周SAR波数域回波信号，定义距离向波数将其带入时域回波信号中，得到调频连续波圆周SAR波数域回波信号为：其中，B为雷达发射信号带宽，快时间可以用K_R表示，即S_r(K_R,t_m)仅是距离向波数K_R和慢时间t_m的函数；步骤4获取调频连续波圆周SAR的二维波数谱，包括确定二维波数的谱理论表达式，计算驻定相位点以及确定二维波数谱的近似表达式，基于以下步骤：(4.1)确定二维波数谱的理论表达式：将波数域回波信号S_r(K_R,t_m)沿方位观测角θ_m做傅里叶变换，其中θ_m＝ωt_m为t_m时刻对应的方位观测角，并忽略矩形窗函数和常数相位项exp(jK_RR_ref)，得到调频连续波圆周SAR二维波数谱的理论表达式为：其中，ξ为方位角度维波数；(4.2)计算驻定相位点：对上式采用驻定相位原理计算出二维波数谱的近似表达式，在驻定相位点的计算过程中，由于忽略指数项对驻定相位点的影响，因此，求解驻定相位点的方程变为：其中，a²＝R²+r²+H²，b＝Rr；求解上式得到两个驻定相位点和且具有如下关系：(4.3)确定二维波数谱的近似表达式：将和分别带入二维波数谱的理论表达式得到两个子频谱S_I(K_R,ξ)和S_II(K_R,ξ)，则调频连续波圆周SAR的二维波数谱由这两个子频谱叠加组成，其近似表达式为：S(K_R,ξ)＝S_I(K_R,ξ)+S_II(K_R,ξ)其中，其中，V＝Rω为雷达运动速度，|·|表示取绝对值；步骤5分析脉内平台运动在二维波数域引入的相位误差，调频连续波圆周SAR两个子频谱中的最后一个指数项即是脉内平台运动引入的，在脉冲圆周SAR中，由于采用了停‑走‑停近似，该指数项被忽略，而在调频连续波圆周SAR中，该指数项包含了脉内平台运动的信息，将其转换为脉内平台运动在二维波数域引入的相位误差为：计算上式的最大值，得到调频连续波圆周SAR脉内平台运动对场景中某一目标在二维波数域引起的最大相位误差为：上式中令r＝R_a，其中R_a为圆形观测场景的半径，得到调频连续波圆周SAR脉内平台运动在整个观测场景内引起的最大相位误差为：步骤6得到调频连续波圆周SAR频域方法成像过程中忽略脉内平台运动的判决方法，令ΔP＝P_{emax_w}/(π/4)，则ΔP表示为：将调频连续波圆周SAR成像系统参数带入ΔP的表达式中并计算ΔP的值，当调频连续波圆周SAR脉内平台运动引起的最大相位误差小于π/4，即ΔP＜1时，采用调频连续波圆周SAR频域方法成像过程中脉内平台运动引起相位误差可以忽略不计，此时可以忽略脉内平台运动；反之，当调频连续波圆周SAR脉内平台运动引起的最大相位误差大于或等于π/4，即ΔP≥1时，采用调频连续波圆周SAR频域方法成像过程中不能忽略脉内平台运动，此时需要对脉内平台运动引入的相位误差进行额外的补偿。