[發明專利]一種雙基地合成孔徑雷達頻域成像方法

有效

• 申請號: 201210232933.4
• 申請日: 2012-07-06
• 公開（公告）號: CN102749621A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李中余;武俊杰;黃鈺林;楊海光;楊建宇;李文超
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種雙基地合成孔徑雷達頻域成像方法，具體包括如下步驟：

步驟一：成像系統參數初始化，

發射平臺固定，位置記為(x_T,y_T,z_T)，其中，x_T、y_T和h_T分別為發射站的x軸、y軸和z軸坐標；接收站零時刻位置記為(x_R,y_R,z_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；接收站速度記為V，并沿y軸運動，參考點坐標記為P(x₀,y₀)，任意點坐標記為P(x,y)；

將方位時間向量記為：T_a=[-PRI·N_a/2,-PRI·(N_a/2-1),…,PRI·(N_a/2-1)]，其中，PRI為脈沖重復間隔，N_a為目標回波方位點數，雙基地距離歷史和為R_b(t;x,y)=R_T(x,y)+R_R(t;x,y)，其中，t為方位時間，R_T(x,y)，R_R(t;x,y)分別為發射站和接收站的距離歷史，

RT(x,y)=(x-xT)2+(y-yT)2+hT2---(1)]]>

RR(t;x,y)=(x-xR)2+(y-Vt-yR)2+hR2---(2)]]>

點目標P(x,y)回波表達式記為S_r(t,τ;x,y),

Sr(t,τ;x,y)=rect[τ-τd(t;x,y)Tr]ωa[t-td(y)Ta]]]>

×exp{jπKr[τ-RT(x,y)+RR(t;x,y)c]2}---(3)]]>

×exp{jπf0RT(x,y)+RR(t;x,y)c}]]>

其中，τ為距離向時間變量，τ_d(t;x,y)為點目標P(x,y)的雙基距離和延時，rect[·]和ω_a[·]分別代表距離時間窗和方位時間窗，t_d(y)=y/V是方位時間延遲，K_r是發射信號的時間調頻斜率，c為光速，f₀為載波頻率，T_r和T_a分別代表距離時間脈寬和方位合成孔徑時間；

構造距離頻率向量f=[f_s/2,f_s/N_r,…,f_s/2-f_s/N_r]，f_s為距離向采樣頻率，N_r為距離向點數；方位頻率向量f_t=[PRF/2,PRF/N_a,…,PRF/2-PRF/N_a],PRF為脈沖重復頻率；

步驟二：計算點目標回波二維頻譜，

利用駐定相位原理，得到點目標回波二維頻譜信號：

S(f,ft;x,y)=rect[fBr]wa[ft-fdcBa]exp{jφ(f,ft;x,y)}---(4)]]>

其中，B_r為距離向頻率帶寬，B_a為方位向頻率帶寬。

其相位φ(f,f_t;x,y)為：

φ(f,ft;x,y)=-πf2Kr-2π(f+f0)cRT(x,y)]]>(5)

-2πrR(x)(f+f0c)2-(ftV)2-2πftyV]]>

其中，為接收站到目標P(x,y)的最短斜距，記接收平臺到參考點P(x₀,y₀)的最近斜距為rR(x0)=(x0-xR)2+hR2;]]>

參考點的二維頻譜信號為：

SRFM(f,ft;x0,y0)=rect[fBr]wa[ft-fdcBa]exp{jφRFM(f,ft;x0,y0)}---(6)]]>

其相位φ_RFM(f,f_t;x₀,y₀)為：

φRFM(f,ft;x0,y0)=-πf2Kr-2π(f+f0)cRT(x0,y0)]]>(7)

-2πrR(x0)(f+f0c)2-(ftV)2-2πfty0V]]>

其中，R_T(x₀,y₀)為發射站到參考點P(x₀,y₀)的距離，RT(x0,y0)=(x0-xT)2+(y0-yT)2+hT2.]]>

步驟三：利用參考點二維頻譜對TV-BSAR進行粗匹配聚焦，

用參考點二維頻譜對TV-BSAR進行粗匹配聚焦，殘余二維頻譜信號為：

SRES(f,ft;x,y,x0,y0)=rect[fBr]wa[ft-fdcBa]exp{jφRES(f,ft;x,y,x0,y0)}---(8)]]>

其相位φ_RES(f,f_t;x,y,x₀,y₀)為：

φRES(f,ft;x,y,x0,y0)=φ(f,ft;x,y)-φRFM(f,ft;x0,y0)]]>

=-2π(f+f0)c(RT(x,y)-RT(x0,y0))---(9)]]>

-2π(rR(x)-rR(x0))(f+f0c)2-(ftV)2-2πfty-y0V]]>

步驟四：對發射站斜距進行泰勒展開，并合并殘余相位項，

將發射站斜距R_T(x,y)沿發射站與目標點最短斜距r_R(x)和y進行泰勒展開，并取線性項，

R_T(x,y)≈R_T(x₀,y₀)+a₁(r_R(x)-r_R(x₀))+b₁(y-y₀)(10)

其中，

a1=rR(x0)2-hR2+xR-xTRT(x0,y0)rR(x0)rR(x0)2-hR2---(11)]]>

b1=y0-yTRT(x0,y0)---(12)]]>

利用展開的一次項對R_T(x,y)進行近似，將步驟三得到的殘余相位項進行合并，得到

φRES(f,ft;x,y,x0,y0)≈-2π(ftV+b1(f+f0)c)(y-y0)]]>

(13)

-2π(a1(f+f0)c+(f+f0c)2-(ftV)2)(rR(x)-rR(x0))]]>

步驟五：方位向頻率Stolt變換，

對步驟四處理后的二維頻譜信號進行方位頻率Stolt變換：

b1(f+f0)Vc+ft=ft′---(14)]]>

其中，f′_t為變換后的方位頻率變量，方位向頻率Stolt變換后的二維頻譜信號為：

SRES(f,ft′;x,y,x0,y0)=rect[fBr]wa[ft′-fdcBa]exp{jφRES(f,ft′;x,y,x0,y0)}---(15)]]>

其相位φ_RES(f,f_t';x,y,x₀,y₀)為：

φRES(f,ft′;x,y,x0,y0)≈-2πy-y0Vft′]]>

(16)

-2π(a1(f+f0)c+(f+f0c)2-(ft′V)2)(rR(x)-rR(x0))]]>

步驟六：距離向頻率Stolt變換，

對步驟五得到的方位向頻率Stolt變換后的S_RES(f,f_t′;x,y,x₀,y₀)進行距離向頻率Stolt變換，實現距離向頻率線性化，即進行如下的距離頻率變換

a1(f+f0)+(f+f0)2-(cft′V)2=f′+f0---(17)]]>

其中，f'為變換后的距離頻率變量，距離向頻率Stolt變換后的二維頻譜信號為：

SRES(f′,ft′;x,y,x0,y0)=rect[f′Br]wa[ft′-fdcBa]exp{jφRES(f′,ft′;x,y,x0,y0)}---(18)]]>

其相位φ_RES(f',f_t';x,y,x₀,y₀)為

φRES(f′,ft′;x,y,x0,y0)]]>

≈-2π(f′+f0)rR-rR0c-2πft′y-y0V---(19)]]>

步驟七：二維傅里葉反變換，

對步驟六得到的距離向頻率Stolt變換后的二維頻譜信號S_RES(f′,f_t′;x,y,x₀,y₀)進行二維傅里葉反變換，得到最終聚焦的SAR圖像。

2.根據權利要求1所述的雙基地合成孔徑雷達頻域成像方法，其特征在于，步驟五和步驟六中所述的距離向頻率Stolt變換具體采用8點sinc插值法。