一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法技术

本发明专利技术公开了一种双基地调频连续波合成孔径雷达(SAR)频率变标成像方法；其具体实现过程如下：(1)获取回波信号并进行预处理；(2)对回波信号进行去调频并移除残余视频相位；(3)对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正；(4)对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩，一致距离徙动校正和位置偏移校正；(5)方位压缩；(6)对信号方位向进行逆傅里叶变换，得到最终的聚焦图像。本发明专利技术可在不进行插值操作的情况下，实现双基地调频连续波SAR原始数据的精确聚焦，解决了插值运算量庞大的问题，提高了处理速度。

【技术实现步骤摘要】
一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法
本专利技术属于雷达
，具体涉及合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)频率变标成像技术中的双基地调频连续波SAR的成像方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种全天时、全天候的现代高分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨率。在军事侦察、地形测绘、植被分析、海洋及水文观测、环境及灾害监视、资源勘探以及地壳微变检测等领域，合成孔径雷达发挥了越来越重要的作用。双基SAR是一种新的雷达体制，系统发射站和接收站分置于不同平台上，收发分置的特点使其具备了许多突出的优点和特点，如获取目标信息丰富、作用距离远、安全性好、抗干扰能力强等。双基地调频连续波SAR将双站SAR技术和调频连续波雷达技术相结合，不仅具有调频连续波雷达体积小、重量轻、造价低和抗干扰能力强等特点，同时又具有双站脉冲SAR系统获取目标信息丰富、安全性好等特点，使该体制SAR系统非常适合无人机等小型平台。此外，由于调频连续波SAR是连续发射和接收调制信号，需要分别安置发射和接收天线，双基地调频连续波SAR本身具有的收发分置的特点可以很好的解决该问题。由于双基地调频连续波SAR不得不考虑脉冲持续时间内发射站和接收站连续运动引起的瞬时斜距变化，所以双站脉冲SAR的停-走-停近似不再有效，从而导致双站脉冲SAR的成像算法不再适用于双站调频连续波SAR。在文献“LiuY,DengYK,WangR,etal.Modelandsignalprocessingofbistaticfrequency-modulatedcontinuouswavesyntheticapertureradar,Sonar&Navigation,IET,2012,6(6):472-482.”中提出了一种双基地调频连续波SAR回波模型和扩展的逆chirp-Z变换成像算法，但并未考虑脉冲持续时间内发射站和接收站连续运动引起的瞬时斜距变化。文献“Y.Liu,Y.K.Deng,R.Wang,andO.Loffeld,BistaticFMCWSARsignalmodelandimagingapproach,AerospaceandElectronicSystems,IEEETransactionson,vol.49,no.3,pp.2017–2028,2013.”在考虑了瞬时斜距变化的情况下，提出了一种双基地调频连续波SAR距离多普勒域成像算法，但是该方法采用大量插值操作来实现距离徙动校正，速度慢，效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对双基地调频连续波SAR距离多普勒域成像算法插值运算带来的运算量庞大以及处理速度慢的问题，设计一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法，提高了处理速度。本专利技术提出了一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：获取回波信号并进行预处理成像系统参数初始化：发射站的位置坐标为(xT,yT,hT)，接收站零时刻位置坐标为(xR,yR,hR)，其中，xT、yT和hT分别为发射站的x轴、y轴和z轴坐标；xR、yR和hR分别为接收站的x轴、y轴和z轴坐标；波速中心位于场景坐标原点处时记为零时刻，平台速度为v，场景中任一点目标的位置坐标为P(x,y)。双基地调频连续波SAR回波信号建模：计算双基地调频连续波SAR的双程距离延时：双程距离延时记为ηd，发射信号在任意方位向时间η通过发射站发射，然后在时间η+ηd通过接收站接收，RT(η；x,y)代表从发射站到点目标的瞬时斜距，RR(η+ηd；x,y)代表从点目标到接收站的瞬时斜距。双基地调频连续波SAR的双程距离延时表示为其中，c为电磁波传播速度，rT，rR分别为发射站和接收站与点目标P(x,y)的最近斜距，且θST，θSR分别为零时刻发射站与接收站的斜视角，且θST＝arctan(|yT-y|/rT)，θSR＝arctan(|yR-y|/rR)。回波信号表示为：s(τ,η；x,y)＝exp(jπKr(τ-ηd)2)exp[j2πf0(τ-ηd)]其中，Kr为发射信号的调频斜率，f0为发射信号的载频，τ为距离向时间。计算回波信号的二维频谱：利用广义Loffeld模型以及驻定相位定理，求得双基地调频连续波SAR的点目标二维频谱：其中fη为多普勒频率，fηT(fη)和fηR(fη)分别是分配给发射站和接收站的多普勒频率：其中和fηc＝fηcT+fηcR，fηr＝fηrT+fηrR，fη3＝fη3T+fη3R；d代表求导。分解回波信号的二维频谱：对双基地调频连续波SAR的二维频谱的各个组成部分进行相关分析，并分解。将FT(f,fη)和FR(f,fη)利用泰勒公式在f＝0处展开到二阶：其中，那么ΦG(f,fη)可以被分解为ΦG(f,fη)＝ΦAC(fη)+ΦRCM(f,fη)+ΦRL(f)+ΦRC(f,fη)+ΦAL(fη)其中ΦAC(fη)是方位压缩因子，随距离变化而变化，可以在距离多普勒域补偿掉；ΦRCM(f,fη)是随距离频率变化的线性项，包含了距离徙动因子，距离走动因子和沿距离向的位置因子；ΦRL(f)代表常数的距离偏移和距离不变的距离走动项，可以在二维频域通过相位相乘因子补偿掉；ΦRC(f,fη)是距离频率的二阶项，代表二次距离压缩(SRC)。距离向调频率Km是方位频率的函数且在距离多普勒域随距离变化ΦAL(fη)代表点目标聚焦后在成像空间中的方位定标，常数的方位偏移和点目标P(x,y)与场景中心之间沿飞行轨迹的位置差。步骤二：对回波信号进行去调频并移除残余视频相位对回波信号进行去调频：对回波信号进行去调频处理后，信号可以表示为sIF(τ,η；x,y)＝s(τ,η；x,y)×sref(τ,η；ηc)＝exp[-j2πf0(ηd-ηc)]×exp[-j2πKr(τ-ηc)(ηd-ηc)]×exp[jπKr(ηd-ηc)2]其中，参考信号sref(τ,η；ηc)＝exp(-jπKr(τ-ηc)2)exp[-j2πf0(τ-ηc)]，ηc＝α(rTref+rRref)/c，rTref和rRref分别为发射站与接收站的参考斜距。移除残余视频相位：上式中最后一个指数项exp[jπKr(ηd-ηc)2]即为残余视频相位，可以通过对去调频后的信号进行距离向傅里叶变换(FFT)，与调频相位Sp(f)＝exp(-jπf2/Kr)相乘和距离向逆傅里叶变换(IFFT)移除。其中，f为距离向频率。步骤三：对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正回波数据在距离多普勒域乘上一个频率尺度变换函数，进行频率尺度变换，实现补余距离徙动校正，完成这一操作后，场景中所有点都将具有一致的距离徙动(RCM)。首先将回波变换到距离多普勒域，距离多普勒域中的回波信号为sRD(τ′,fη)＝exp{jπKm[τ′-τd(fη)]2+jΦAC(fη)+jΦRL(f)+jΦAL(fη)}其中τ′代表经过距离时间-频率替换后转换到距离时域的距离时间。点目标P(x,y)的距离徙动轨迹：参考点上的距离徙动轨迹：其中rT0和rR0分别是发射站和接收站到参考点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：获取回波信号并进行预处理；步骤二：对回波信号进行去调频并移除残余视频相位；步骤三：对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正；步骤四：对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩，一致距离徙动校正和位置偏移校正；步骤五：方位压缩；步骤六：对信号方位向进行逆傅里叶变换，得到最终的聚焦图像。

【技术特征摘要】
1.一种双基地调频连续波合成孔径雷达频率变标成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：获取回波信号并进行预处理；步骤二：对回波信号进行去调频并移除残余视频相位；步骤三：对移除残余视频相位的回波信号进行补余距离徙动校正；步骤四：对补余距离徙动校正后的回波信号进行二次距离压缩，一致距离徙动校正和位置偏移校正；步骤五：方位压缩；步骤六：对信号方位向进行逆傅里叶变换，得到最终的聚焦图像；步骤一中，获取回波信号并进行预处理的步骤为：成像系统参数初始化；双基地调频连续波SAR回波信号建模；计算回波信号的二维频谱；分解回波信号的二维频谱；成像系统参数初始化的具体实现方式为：设双基地调频连续波SAR频率变标成像系统的发射站的位置坐标为(xT,yT,hT)，其中，xT、yT和hT分别为发射站的x轴、y轴和z轴坐标；接收站零时刻位置坐标为(xR,yR,hR)，其中xR、yR和hR分别为接收站的x轴、y轴和z轴坐标；波束中心位于场景坐标原点处时记为零时刻，平台速度为v，场景中任一点目标的位置坐标为P(x,y)；双基地调频连续波SAR回波信号建模的具体实现方式为：计算双基地调频连续波SAR的双程距离延时：双程距离延时记为ηd，发射信号在任意方位向时间η通过发射站发射，然后在时间η+ηd通过接收站接收，RT(η；x,y)代表从发射站到点目标的瞬时斜距，RR(η+ηd；x,y)代表从点目标到接收站的瞬时斜距；双基地调频连续波SAR的双程距离延时表示为其中，c为电磁波传播速度，rT，rR分别为发射站和接收站与点目标P(x,y)的最近斜距，且θST，θSR分别为零时刻发射站与接收站的斜视角，且θST＝arctan(|yT-y|/rT)，θSR＝arctan(|yR-y|/rR)；回波信号表示为：s(τ,η；x,y)＝exp(jπKr(τ-ηd)2)exp[j2πf0(τ-ηd)]其中，Kr为发射信号的调频斜率，f0为发射信号的载频，τ为距离向时间；计算回波信号的二维频谱具体实现方式如下：利用广义Loffeld模型以及驻定相位定理，求得双基地调频连续波SAR的点目标二维频谱：其中ηc＝α(rTref+rRref)/c,rTref和rRref分别为发射站与接收站的参考斜距；fη为多普勒频率，fηT(fη)和fηR(fη)分别是分配给发射站和接收站的多普勒频率：其中和fηc＝fηcT+fηcR，fηr＝fηrT+fηrR，fη3＝fη3T+fη3R；分解回波信号的二维频谱，具体实现方式如下：对双基地调频连续波SAR的二维频谱的各个组成部分进行相关分析，并分解；将FT(f,fη)和FR(f,fη)利用泰勒公式在f＝0处展开到二阶：2其中，ΦG(f,fη)被分解为ΦG(f,fη)＝ΦAC(fη)+ΦRCM(f,fη)+ΦRL(f)+ΦRC(f,fη)+ΦAL(fη)其中

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，任建宇，包毅，杨建宇，黄钰林，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51