[發(fā)明專利]一種適用于分布式地球同步軌道SAR的長基線成像STAP方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910168682.X
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109901162B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龍騰;董錫超;崔暢;胡程
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

1.一種適用于分布式地球同步軌道SAR的長基線成像STAP方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，假設(shè)分布式GEO SAR衛(wèi)星沿航跡等距分布，通過多發(fā)多收的工作模式接收多通道回波數(shù)據(jù)，對分布式GEO SAR多通道回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮和方位向傅里葉變換獲得多通道距離-多普勒域信號，具體為：

記分布式GEO SAR衛(wèi)星接收多通道回波數(shù)據(jù)的通道數(shù)為M；將第一個通道記為參考通道，對于某一目標(biāo)，將參考通道的斜距歷史表示為R(t_a,θ_s)，t_a表示方位向時間，表示目標(biāo)速度矢量和合成孔徑中心時刻位置矢量的集合；假設(shè)目標(biāo)為勻速直線運(yùn)動，在分布式GEO SAR彎曲軌跡影響下，對參考通道斜距歷史進(jìn)行四階泰勒展開：

R(t_a，θ_s)≈R₀+k₁t_a+k₂t_a²+k₃t_a³+k₄t_a⁴ (1)

其中，各系數(shù)的表達(dá)式為：

其中，和分別為參考通道和運(yùn)動目標(biāo)在合成孔徑中心時刻的位置矢量，和分別為參考通道和運(yùn)動目標(biāo)在合成孔徑中心時刻的速度矢量，為參考通道在合成孔徑中心時刻的加速度矢量，為在合成孔徑中心時刻對時間的導(dǎo)數(shù)，為為在合成孔徑中心時刻對時間的導(dǎo)數(shù)；

第m個通道相對于參考通道的波程差表示為ΔR_m(t_a,θ_s)，m＝1,2,...,M；利用廣義二項式定理對第m個通道的斜距歷史展開，進(jìn)而提取出其相對于參考通道波程差ΔR_m(t_a,θ_s)的三階解析表達(dá)式：

ΔR_m(t_a,θ_s)≈ΔR₀+Δk₁t_a+Δk₂t_a²+Δk₃t_a³ (7)

其中，各系數(shù)的表達(dá)式為：

其中，

其中，為第m個通道在合成孔徑中心時刻相對于參考通道的距離矢量，為在合成孔徑中心時刻對時間的導(dǎo)數(shù)；為為合成孔徑中心時刻對時間的導(dǎo)數(shù)；則運(yùn)動目標(biāo)的距離壓縮后的多通道信號模型表示為：

其中，a_m(r,t_a,θ_s)為第m個通道在距離-方位二維時域的包絡(luò)，r為距離，λ為雷達(dá)波長；

將式(16)利用駐定相位原理和級數(shù)反轉(zhuǎn)法推導(dǎo)得到分布式GEO SAR的距離-多普勒域多通道信號模型：

其中，A_m(r,f_a,θ_s)為信號在距離-多普勒域的包絡(luò)，f_a為多普勒頻率；

Φ(f_a,θ_s)為多通道距離-多普勒域信號的公共的相位部分，由參考通道的位置和運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)決定：

其中R₀為目標(biāo)到參考通道的最短距離，Λ為由于軌道彎曲引入的因子，與斜距的高階項有關(guān)：

ΔΦ_m(f_a,θ_s)為多通道距離-多普勒域信號的相位差部分，它與不同通道相對于參考通道的位置與運(yùn)動參數(shù)有關(guān)：

其中Λ₁、Λ₂、Λ₃、Λ₄和Λ₅均為軌道彎曲引入的因子，與斜距的高階項有關(guān)：

步驟2，根據(jù)步驟1獲得的多通道距離-多普勒域數(shù)據(jù)，并利用雜波的協(xié)方差矩陣和與分布式GEO SAR匹配的空域?qū)б噶繕?gòu)建自適應(yīng)濾波器，對每個距離-多普勒單元進(jìn)行自適應(yīng)處理，完成雜波抑制和波束形成；并進(jìn)一步利用GEO SAR運(yùn)動目標(biāo)BP成像函數(shù)完成方位壓縮，獲得運(yùn)動目標(biāo)成像結(jié)果，具體包括：

S21、雜波抑制：

由多個距離單元估算得到雜波的協(xié)方差矩陣R_Q，則雜波抑制后信號輸出為：

其中z為分布式GEO SAR距離-多普勒域多通道回波信號；

S22、波束形成：

雜波抑制完成后，利用空域?qū)б噶喀ぃa(bǔ)償運(yùn)動信號在不同通道間的相位差，補(bǔ)償后各通道相位與參考通道一致，根據(jù)式(17)可知，與分布式GEO SAR運(yùn)動信號分量相匹配的導(dǎo)引矢量為：

根據(jù)式(27)，波束形成后信號輸出為：

u(r,f_a,θ_s)＝Δ^H(f_a,θ_s)y(r,f_a,θ_s) (28)

其中，上角標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置；

S23、方位聚焦：

信號經(jīng)過波束形成后，將式(28)表征的距離-多普勒域信號經(jīng)過方位向逆傅里葉變換得到二維時域信號，記為s_tr,t_a,θ_s，然后利用式(1)所示參數(shù)化的參考通道斜距模型，沿方位向?qū)ふ移鋵?yīng)的距離單元，并進(jìn)行相干疊加，得到SAR圖像上對應(yīng)像素點的值：

其中，c表示光速，r表示SAR圖像上距離向位置，x表示SAR圖像上方位向位置；如此完成了運(yùn)動目標(biāo)成像。