脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法技术

技术编号:20388056 阅读:24 留言:0更新日期:2019-02-20 02:07
本发明专利技术公开一种脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,针对目前所有用于机动平台单基SAR和双基SAR的回波模型都是基于“停走停”假设,会引起相当大的传播时延误差和方位二次相位误差的问题;本发明专利技术考虑脉冲传播过程中平台的机动,修正传统的基于“停走停”假设的脉冲传播时延方程,从而建立精确的脉冲传播时延方程,并且通过对接收站距离历史高阶项进行近似解出该精确的脉冲传播时延方程解的高精度近似解析表达式,然后对高精度近似解析表达式关于快时间进行一阶泰勒展开,最终建立高精度的双基SAR回波模型,能够适用于各种双基SAR情况。

【技术实现步骤摘要】
脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法
本专利技术属于合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)成像
,特别涉及一种回波模型建立技术。
技术介绍
SAR具备特殊的全天候全天时高分辨成像能力,越来越多新兴的高机动平台(highmaneuveringplatform,HMP)如无人飞行器、高超声速飞行器希望通过搭载SAR提升其环境感知能力。回波模型在SAR的数据处理中起着关键作用。目前“停走停”假设在回波建模中被广泛采用。但是在一些类型的系统中是无效的,例如具有高分辨率或高速度的许多新兴SAR系统。为了解决这一问题,有部分文献提出了一些不依赖“停走停”假设的改进回波模型。例如,基于匀速直线运动假设,文献“Echomodelanalysesandimagingalgorithmforhigh-resolutionSARonhighspeedplatform,IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.50,no.3,pp.933–950,Mar.2012.”提出了一种精确的基于脉冲传播时间内平台匀速直线运动(linear-moving-during-propagation,LDP)的回波模型用于低地球轨道(LEO)SAR;基于四阶多普勒参数模型,文献“TheaccuratefocusingandresolutionanalysismethodingeosynchronousSAR,IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.49,no.10,pp.3548–3563,Oct.2011.”提出了一种用于地球同步(GEO)SAR的精确的回波模型。然而,由于它们的固有假设,例如匀速直线或者卫星轨道运动,这些现有的回波模型不能应用于具有机动的一般情况(即非匀速直线运动,这在圆形SAR、机动平台SAR等中是很常见的)和双基地构型配置;文献“Fullypolarimetrichigh-resolution3-DimagingwithcircularSARatL-Band,IEEETrans.Geosci.RemoteSens.,vol.52,no.6,pp.3074–3090,Jun.2014”、文献“Feature-independentapertureevaluatorforthecurvilinearSAR,IEEEGeosci.RemoteSens.Lett.,vol.4,no.2,pp.191–195,Apr.2007”和文献“AccelerationmodelanalysesandimagingalgorithmforhighlysquintedairbornespotlightmodeSARwithmaneuvers,IEEEJ.Sel.TopicsAppl.EarthObserv.inRemoteSens.,vol.8,no.3,pp.1120–1131,Mar.2015”采用双基地构型配置(单基站配置可视为双基地构型配置的特例)的机动平台回波采集几何模型(能够灵活改变速度大小或速度方向),该模型可适用于圆周运动、曲线运动或机动的SAR等。然而,据我们所知,目前所有用于机动平台单基SAR和双基SAR的回波模型都是基于“停走停”假设的。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本专利技术提出一种脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,考虑了在脉冲传播期间平台的线性运动和非线性运动,避免了“停走停”假设和平台匀速直线运动假设,适用于各种双基SAR情况。本专利技术采用的技术方案为:脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,根据快速机动平台的特点,考虑脉冲传播过程中平台的机动,修正传统的基于“停走停”假设的脉冲传播时延方程,建立精确的脉冲传播时延方程,并且通过对接收站距离历史高阶项进行近似解出该精确的脉冲传播时延方程解的高精度近似解析表达式,然后对高精度近似解析表达式关于快时间进行一阶泰勒展开,最终建立高精度的双基SAR回波模型。A、建立精确的脉冲传播时延方程包括以下步骤:A1、确定“停走停”假设下的脉冲传播时延方程:A2、考虑到脉冲传播时间内平台的机动,对步骤A1中“停走停”假设下的脉冲传播时延方程进行修正,得到精确的脉冲传播时延方程;其中,τd为精确的脉冲传播时延,c为电磁波传播速度,η表示慢时间,ts表示相对脉冲发射时刻,(η+ts)表示绝对脉冲发射时刻,t表示快时间;B、求解该精确的脉冲传播时延方程的高精度解析表达式,包括以下步骤:B1、对精确的脉冲传播时延方程中的RR(η+t)做以下近似:B2、根据B1中的RR(η+t),对精确的脉冲传播时延方程进行更新并简化得到以下方程:(c2-|vR|2)τd2-2(c|rT|+vR·rR)τd=|rR|2-|rT|2,其中,B3、求解步骤B2得到的方程,并去除增根,则得到高精度近似时延(记为τHP)表达式为:C、对高精度近似解析表达式关于快时间进行一阶泰勒展开,具体包括以下步骤:C1、对高精度近似解析表达式进行泰勒级数展开,得到τHP(η,ts)≈τa(η)+ξ(η)ts,其中,τa(η)表示脉冲信号中心传播时延,ξ(η)表示脉冲传播时延随脉冲发射时刻的变化率,C2、求解步骤C1得到的泰勒展开式中的参数τa(η)与ξ(η);①②其中令令由由C3、采用步骤C2求得的参数τa(η)与ξ(η),更新步骤C1的泰勒展开式,根据步骤C1更新后的泰勒展开式得到快时间t的表达式;t=ts+τd≈ts+τHP(η,ts)≈ts+τa(η)+ξ(η)ts=(1+ξ(η))ts+τa(η)C4、根据步骤C1的泰勒展开式以及步骤C3的快时间t的表达式,得到高精度时延τHP关于t的一阶泰勒展开式:D、建立高精度的双基SAR回波模型,具体为:根据步骤C4得到的高精度时延τHP关于t的一阶泰勒展开式,得到高精度的双基SAR回波模型:其中,σ表示雷达横截面积RCS,ωr(·)和ωa(·)分别表示距离向和方位向的窗函数,Kr表示chirp信号调频率,fc表示载频的频率。本专利技术的有益效果:本专利技术的方法,考虑了在脉冲传播期间平台的线性运动和非线性运动,并且通过对接收站的精确距离历史的高阶项进行近似导出了脉冲传播时延的高精度解析解;由于避免了“停走停”假设和平台匀速直线运动假设,本专利技术所建立的回波模型可以应用于各种双基SAR情况,包括传统的慢匀速直线运动平台双基SAR和新兴的快速机动平台双基SAR等等;本专利技术的方法具备以下优点:1、相比传统的模型会引起相当大的传播时延误差和方位二次相位误差,本专利技术通过对接收站的精确距离历史的高阶项进行近似导出了脉冲传播时延的高精度解析解;所建立的回波模型是高度精确的;2、由于本专利技术提出的脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型没有对平台的运动简单地进行“停走停”假设,而是充分考虑了平台在脉冲传播时间内的运动,因而本专利技术提出的模型较为精确,仿真证明基于本专利技术所建立回波模型的成像算法能够很好地对目标回波进行聚焦,而传统的模型则不能。附图说明图1为本专利技术的方案流程图;图2为机动平台双基SAR回波录取几何模型;图3为脉冲传播实际路径与“停走停”假设下的假想路径及相应传播时本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,其特征在于,考虑脉冲传播过程中平台的机动,修正传统的基于“停走停”假设的脉冲传播时延方程,从而建立精确的脉冲传播时延方程,并且通过对接收站距离历史高阶项进行近似解出该精确的脉冲传播时延方程解的高精度近似解析表达式,然后对高精度近似解析表达式关于快时间进行一阶泰勒展开,最终建立高精度的双基SAR回波模型。

【技术特征摘要】
1.脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,其特征在于,考虑脉冲传播过程中平台的机动,修正传统的基于“停走停”假设的脉冲传播时延方程,从而建立精确的脉冲传播时延方程,并且通过对接收站距离历史高阶项进行近似解出该精确的脉冲传播时延方程解的高精度近似解析表达式,然后对高精度近似解析表达式关于快时间进行一阶泰勒展开,最终建立高精度的双基SAR回波模型。2.根据权利要求1所述的脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,其特征在于,精确的脉冲传播时延方程为:其中,τd为精确的脉冲传播时延,c为电磁波传播速度,η表示慢时间,ts表示相对脉冲发射时刻,(η+ts)表示绝对脉冲发射时刻,t表示快时间,3.根据权利要求2所述的脉冲传播时间内平台机动的双基SAR回波模型建立方法,其特征在于,求解该精确的脉冲传播时延方程的高精度解析表达式,包括以下步骤:B1、对精确的脉冲传播时延方程中的接收站距离历史高阶项RR(η+t)做以下近似:其中,τSAG表示“停走停”假设下的脉冲传播时延,vR表示接收站运动的速度,aR表示接收站运动的加速度,jR表示接收站运动的加加速度,rP表示点目标的位置矢量;rR0表示接收站初始位置;B2、根据步骤B1近似后的RR(η+t),对精确的脉冲传播时延方程进行更新并简化得到以下方程:(c2-|vR|2)τd2-2(c|rT|+vR·rR)τd=|rR|2-|rT|2,其中,rT0表示发射站初始位置,aT表示发射站运动的加速度,vT表示发射站运动的速度,B3、求解步骤B2得到的方程,并去除增根,则得到高精度近...

【专利技术属性】
技术研发人员:武俊杰张强辉张志高李中余黄钰林杨建宇
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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