[發(fā)明專利]一種固定站雙基地合成孔徑雷達成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210198097.2
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102707283A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武俊杰;李中余;黃鈺林;楊建宇;李文超;夏永紅
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 周永宏

1.一種固定站雙基地合成孔徑雷達成像方法，具體包括如下步驟：

步驟一：成像系統(tǒng)參數(shù)初始化，

雙基地SAR的發(fā)射站是固定的，其位置坐標記為(x_T,y_T,h_T)，其中，x_T、y_T和h_T分別為發(fā)射站的x軸、y軸和z軸坐標；接收站零時刻位置坐標記為(x_R,y_R,h_R)，其中，x_R、y_R和h_R分別為接收站的x軸、y軸和z軸坐標；零時刻記為波速中心位于場景坐標系原點處，平臺速度記為V，場景中任一點目標的位置坐標記為P(x,y)；固定站雙基地合成孔徑雷達目標點到發(fā)射站和接收站的距離和隨方位時間的變化為記為R(t;x,y)=R_T(x,y)+R_R(t;x,y)，t為方位向時間，其中，R_R(t;x,y)為目標點到發(fā)射站距離隨方位時間的變化，具體表達式為RR=(t;x,y)=(x-xR)2+(y-Vt-yR)2+hR2;]]>R_T(x,y)為目標點到發(fā)射站距離，具體表達式為RT(x,y)=(x-xT)2+(y-yT)2+hT2;]]>

步驟二：計算固定站雙基地合成孔徑雷達點目標回波二維頻譜，目標回波表達式為：

s(τ,t;x,y)=σ(x,y)rect[τ-τd(t;x,y)Tr]wa[t-td(y)Ta]*exp{jπKr[τ-R(t;x,y)c]2}*exp{-j2πf0R(t;x,y)c}]]>

其中，σ(x,y)是目標點的反射系數(shù)，τ是快時間變量，τ_d(t;x,y)是雙程回波延遲，rect[·]和ω_a[·]分別是快時間域和慢時間域的窗函數(shù)，t_d(y)=y/V是慢時間延遲函數(shù)，K_r是發(fā)射信號的調(diào)頻率，c是光速，f₀是載頻，Tr和T_a分別是快時間域和慢時間域的窗寬度；

利用駐定相位原理，得到信號的二維頻譜：

S(f,ft;x,y)=σ(x,y)rect[fBr]wa[ft-fdcBa]exp{jφ(f,ft;x,y)}]]>

其中，B_r為距離向頻率帶寬，B_a為方位向頻率帶寬，

二維頻譜的相位：

φ(f,ft;x,y)=-πf2Kr-2π(f+f0)cRT(x,y)-2πrR(x)(f+f0c)2-(ftV)2-2πftyV]]>

其中，f是距離頻率，f_t是方位頻率，f_dc為目標點多普勒中心頻率，r_R(x)為載機平臺到目標點P(x,y)的最短斜距，即記接收平臺到目標區(qū)域中心的最近斜距為x₀為目標區(qū)域中心點的x軸坐標；

將整個目標區(qū)域回波的二維頻譜表示成一個積分的形式：

H(f,f_t)=∫∫S(f,f_t;x,y)dxdy，

步驟三：將步驟二中的點目標回波二維頻譜相位φ(f,f_t;x,y)進行多項式展開，

首先將R_T(x,y)表示成r_R(x)和y的函數(shù)：

RT(rR(x),y)=(rR(x)2-hR2+xR-xT)2+(y-yT)2+hT2]]>

將r_R(x)簡記為r，則可將R_T(r,y)近似線性展開為R_T(r,y)≈R_T0+ar+by，其中RT0=RT(r,y)|r=rR0,y=0,]]>rR0=(x0-xR)2+hR2,]]>a=∂RT(r,y)∂r|r=rR0,y=0,]]>b=∂RT(r,y)∂y|r=rR0,y=0,]]>相位可以表示為

φ(f,f_t;x,y)≈φ₀(f,f_t)+φ_rg(f,f_t;r)+φ_az(f,f_t;y)，其中，

φ₀(f,f_t)=φ(f,f_t;r_R0,0)，φrg(f,ft;r)=-2πr[af+f0c+(f+f0)2c2-(ftV)2]]]>

記ξ(f,ft)=af+f0c+(f+f0)2c2-(ftV)2,]]>則φ_rg(f,f_t;r)可表示為：

φ_rg(f,f_t;r)=-2πrξ(f,f_t)；

φaz(f,ft;y)=-2πy[bf+f0c+ftV]]]>

記則φ_az(f,f_t;y)可表示為：φ_az(f,f_t;y)=2πyη(f,f_t)；

因此，目標區(qū)域回波的二維頻譜可表示為：

H(f,ft)=rect[fBr]wa[ft-facBa]exp[jφ0(f,ft)]]]>

×∫∫σ(r,y)exp[-j2πyη(f,ft)]exp[-j2πrξ(f,ft)]drdy]]>

記作H(f,f_t)=H₀(f,f_t)×Γ[ξ(f,f_t),η(f,f_t)]，其中

H0(f,ft)=rect[fBr]wa[ft-facBa]exp[jφ0(f,ft)],]]>

Γ[ξ(f,f_t),η(f,f_t)]=∫∫σ(r,y)exp[-j2πyη(f,f_t)]exp[-j2πrξ(f,f_t)]drdy。

步驟四：參考函數(shù)相乘，移除空不變的相位項，

用步驟三中的H₀(f,f_t)的共軛乘以H(f,f_t)，移除H(f,f_t)相位中的空不變項，得到

H′(f,ft)=rect[fBr]wa[ft-fdcBa]×Γ[ξ(f,ft),η(f,ft)];]]>

步驟五：方位向傅立葉反變換。

對步驟四變換結(jié)果H'(f,f_t)做方位向傅里葉反變換，得到反變換的結(jié)果H₁(f,y)，H₁(f,y)=∫Γ[ξ(f,f_t),η(f,f_t)]exp(j2πf_tt)df_t

=Γ[ξ(f,f_t),y]×exp{jφ_azs(f,y/V)}

其中,φazs(f,y/V)=-2πb(f+f0)cy;]]>

步驟六：方位向空變校正和傅立葉變換,

對步驟五的結(jié)果H₁(f,y)進行相位因子補償校正，補償因子為exp{-jφ_azs(f,y/V)}，再做傅立葉變換得到Γ[ξ(f,f_t),f_t/V]；

步驟七：距離向變尺度傅立葉反變換，

對步驟六得到的Γ[ξ(f,f_t),f_t/V]作距離向變尺度傅立葉反變換，得到反變換的結(jié)果H₂(r,f_t),

H2(r,ft)=∫Γ[ξ(f,ft),ft/V]exp{j2πIrgRCM(ft)ft}df]]>

σ(r,ft/V)×exp{-j2π(IrgAZC(ft)+IrgC)r}]]>

其中,IcgRCM(ft)=a/c+1/[cD(ft)],]]>IcgC=af0/c,]]>IrgAZC(ft)=f0D(ft)/C,]]>

D(ft)=1-c2ft2/(V2f02);]]>

步驟八：殘余方位壓縮,

運用補償因子與步驟七得到的結(jié)果H₂(r,f_t)共軛相乘，完成對H₂(r,f_t)的殘余方位壓縮，而后再做方位向傅立葉反變換即可得到最終成像結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定站雙基地合成孔徑雷達成像方法，其特征在于，步驟八中所述的補償因子具體為exp{j2πIrgAZC(ft)r}.]]>