[發明專利]一種基于類單基等效的雙基地合成孔徑雷達成像方法

有效

• 申請號: 201210334076.9
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN103033811A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 張曉玲;黃歡;劉喆
• 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: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

1.一種基于類單基地等效的雙基地合成孔徑雷達成像的方法，其特征是它包括以下步驟：

步驟1、初始化雙基地回波信號

雙基地前視合成孔徑雷達系統參數如下：收發平臺初始位置，分別記做P_S0(X_S0,Y_S0,H_s)和P_R0(X_r0,Y_r0,H_r)，其中，X_S0表示發射平臺在X軸上的初始位置，Y_S0表示發射平臺在Y軸上的初始位置，H_s表示發射平臺在Z軸上的初始位置；X_r0表示接收平臺在X軸上的初始位置，Y_r0表示接收平臺在Y軸上的初始位置，H_r表示接收平臺在Z軸上的初始位置；V_S(0,v_S,0)表示發射平臺速度矢量，V_R(0,v_R,0)表示接收臺速度矢量，其中，v_S表示發射平臺速度在Y軸上的值，v_R表示接收平臺速度在Y軸上的值；雷達發射線性調頻信號，其載頻信號的頻率為F₀，脈沖重復周期為PRF，發射脈沖的時寬T，發射脈沖的調頻斜率K，發射脈沖的帶寬B，回波方位向采樣點數Nplus，回波距離向上的采樣點數N，其中Nplus和N均為正整數，距離向上的采樣頻率F。觀測場景的距離向總長度為R米，方位向總長度為Z米。雙基地前視合成孔徑雷達系統參數為已知；

回波數據s(t,t_a)是一個Nplus行和N列的數據矩陣，回波數據矩陣的每行數據是快時間的回波信號采樣數據，每列數據是慢時間的回波采樣數據。參考點是觀測場景中的目標中心點，參考點第0時刻的雙基SAR系統斜距史的平方R²(0)、參考點第PRT時刻的雙基SAR系統斜距史的平方R²(PRT)、參考點第(Nplus-1)PRT時刻的雙基SAR系統斜距史的平方R²((Nplus-1)PRT)、PRT是慢時間采樣間隔均由雷達系統提供，為已知。

步驟2、回波信號距離向壓縮

將步驟1中的回波信號s(t,t_a)在快時間上進行傳統的快速傅里葉變換后，再進行傳統的標準距離壓縮處理，得到距離向壓縮后的距離頻域回波信號S₁(f,t_a)，其中，t為快時間，t_a為慢時間，f為對應于快時間的頻率。

步驟3、回波信號的方位向傅里葉變換

對步驟2中得到的距離向壓縮后的距離頻域回波信號S₁(f,t_a)在慢時間做傳統的快速傅里葉變換，則得到回波信號的二維頻譜S₁(f,f_a)，其中，t_a為慢時間，f_a為對應于慢時間的頻率，f為對應于快時間的頻率；

步驟4、求解參考點類單基二維頻譜S₀(f,f_a)

定義參考點是觀測場景中的目標中心點，參考點類單基二維頻譜S₀(f,f_a)是由基于LS的類單基模型的頻譜方法（公式（1））得到：

S0(f,fa)=exp(-j4πRMref(f+F0C)2-(fa2Vref)2-j2πfaTMref)---(1)]]>

其中，f為對應于快時間的頻率，f_a是對應于慢時間的頻率，F₀為發射信號中心頻率，C表示光速大小，j表示-1的平方根，R_Mref為參考點等效的單基斜距史，T_Mref為參考點等效的單基零多普勒時刻，V_ref為參考點等效的單基地運動速度。

參考點等效的單基斜距史R_Mref，是利用公式（2）得到：

RMref=a0-a124a2---(2)]]>

參考點等效的單基零多普勒時刻T_Mref是利用公式（3）得到：

TMref=-a12a2---(3)]]>

參考點等效的單基地運動速度V_ref是利用公式（4）得到：

Vref=a2---(4)]]>

在公式（2）、（3）、（4）中，a₀，a₁，a₂為基于最小二乘法(LS)的類單基模型求解的最優解，它們滿足公式（5）

[a0,a1,a2]=R‾T‾aH(T‾aT‾aH)-1---(5)]]>

在公式（5）中，

參考點慢時間的各時刻所對應的雙基SAR系統斜距史的平方的矩陣是利用公式（6）得到：

R‾=[R2(0)4,R2(PRT)4,···,R2((Nplus-1)PRT)4]---(6)]]>

公式（6）中，R²(0)是步驟1提供的參考點第0時刻的雙基SAR系統斜距史的平方，R²(PRT)是步驟1提供的參考點第PRT時刻的雙基SAR系統斜距史的平方，R²((Nplus-1)PRT)是步驟1提供的參考點第(Nplus-1)PRT時刻的雙基SAR系統斜距史的平方，PRT是步驟1提供的慢時間采樣間隔；Nplus為步驟1提供的慢時間采樣點數。

慢時間參數矩陣是利用公式（7）得到：

T‾a=1,1,···,10,PRT,···(Nplus-1)PRT0,PRT2,···((Nplus-1)PRT)2---(7)]]>

在公式（5）中，表示慢時間參數矩陣的轉置共軛；表示求解的逆。

步驟5、參考點相位補償

將步驟3中得到的回波信號的二維頻譜S₁(f,f_a)與步驟4中得到的參考點類單基二維頻譜S₀(f,f_a)的復共軛逐點相乘，得到參考點相位補償之后的回波信號的二維頻譜S₂(f,f_a)，如公式（8）所示

S2(f,fa)=S1(f,fa)×S0*(f,fa)---(8)]]>

公式（8）中，是參考點基于LS的類單基二維頻譜S₀(f,f_a)的復共軛，S₀(f,f_a)是參考點類單基二維頻譜，S₁(f,f_a)是步驟3提供回波信號的二維頻譜，參考點是觀測場景中的目標中心點，f為對應于快時間的頻率，f_a是對應于慢時間的頻率。

步驟6、非參考目標點相位等效

從步驟4中的公式（1）和步驟5中的公式（8）得到結論：參考點相位補償之后的回波信號的二維頻譜S₂(f,f_a)包括耦合項將步驟5中得到的參考點相位補償之后的回波信號的二維頻譜S₂(f,f_a)中耦合項(f+F0)2C2-fa24Vref2]]>等效為F0+f′C,]]>即令

(f+F0)2C2-fa24Vref2=F0+f′C---(9)]]>

公式（9）中，f'為對應于快時間的等效頻率，f為對應于快時間的頻率，f_a是對應于慢時間的頻率，F₀為發射信號中心頻率，C表示光速大小，V_ref為參考點等效的單基地運動速度；通過公式（9）求解出對應于快時間的等效頻率f′。

將步驟5中得到的參考點相位補償之后的回波信號的二維頻譜S₂(f,f_a)投影到對應于快時間的等效頻率f′上，得到等效頻域的二維頻譜S₃(f′,f_a)，如公式（10）所示：

S3(f′,fa)=exp(-j4πΔRM(f′+F0C)-j2πfaΔTM)---(10)]]>

公式（10）中，f'為對應于快時間的等效頻率，C表示光速大小，f_a表示對應于慢時間的頻率，ΔR_M為非參考點與參考點的等效單基最短斜距史之差，定義ΔR_M＝R_Mno-R_Mref，R_Mno是非參考點等效單基最短斜距史，R_Mref是參考點等效單基最短斜距史，ΔT_M為非參考點與參考點的等效單基零多普勒時刻之差，ΔT_M＝T_Mno-T_Mref，T_Mno是非參考點等效單基最短斜距史，T_Mref是參考點等效單基最短斜距史，參考點是觀測場景中的目標中心點，非參考點是觀測場景中除目標中心點的其他目標點；

步驟7、二維非均勻快速傅里葉變換

對步驟6中得到等效頻域的二維頻譜S₃(f',f_a)，利用公式（11）做二維非均勻快速傅里葉變換，則實現將步驟6中得到等效頻域的二維頻譜S₃(f',f_a)變換到斜距史圖像域－方位向圖像域中，NUFFT(S₃(f′,f_a))＝∫∫S₃(f′,f_a)exp(-j2πf′t-j2πf_at_a)df′df_a????（11）

公式（11）中，f'為快時間所對應的等效頻率，f_a表示對應于慢時間的頻率，f表示對應于快時間的頻率，V_ref為參考點等效單基地運動速度，F₀為發射信號中心頻率，C表示光速大小。

經過上述步驟處理，從雙基地合成孔徑雷達系統接收到的觀測區域回波數據s(t,t_a)中獲取具有較高分辨率的目標成像結果。