一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法，包括：根据背景电离层在合成孔径时间内的空时变化特性，获得电离层折射引起的斜距误差；基于非“停

【技术实现步骤摘要】
一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法


[0001]本专利技术涉及SAR成像
，具体涉及一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法。

技术介绍

[0002]地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous synthetic aperture radar,GEOSAR)具有重访周期短和抗打击能力强等优点，在军事和民用领域中具有广泛的应用前景和发展潜力。在GEOSAR信号的传输过程中，不可避免受到电离层影响。对于LEOSAR来说，因合成孔径时间较短可忽略电离层对成像质量的影响。然而，GEOSAR一般工作于L波段，由于合成孔径时间较长，一般在小时量级，电离层的时间变化特性将严重影响该雷达的成像聚焦性能。
[0003]现有的适用于GEOSAR的成像方法中，存在算法复杂性高，需要较长的处理时间，且未考虑长合成孔径时间内的目标斜距高阶相位误差对成像质量的影响，以及为考虑路径损耗影响的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法。旨在解决现有技术中存在算法复杂性高，需要较长的处理时间，且未考虑长合成孔径时间内的目标斜距高阶相位误差对成像质量的影响，以及为考虑路径损耗影响的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法，包括：
[0006]步骤S1：根据背景电离层在合成孔径时间内的空时变化特性，获得电离层折射引起的斜距误差；
[0007]步骤S2：基于非“停
‑<br/>走
‑
停”假设，得到所述电离层引起的双程斜距误差值；
[0008]步骤S3：获得GEOSAR的二维回波信号表达式；
[0009]步骤S4：利用级数反演方法，得到所述GEOSAR的二维回波信号简化表达式；
[0010]步骤S5：处理所述电离层影响；
[0011]步骤S6：补偿高阶相位函数影响；
[0012]步骤S7：距离压缩及距离徙动校正；
[0013]步骤S8：方位压缩处理；
[0014]步骤S9：获得清晰点目标二维图像。
[0015]优选的，所述的步骤S1中：定义在t0+t
a
时刻，高度h处的电离层折射率为n
ion
(t0+t
a
,h)，所述电离层折射引起的斜距误差R
ion
(t0+t
a
)的表达式为：
[0016][0017]式中：f表示工作频率；
[0018]TEC为积分电子含量；
[0019]根据所述积分电子含量时间变化特性，假设t0时刻的积分电子含量为TEC0，TEC随
慢时间t
a
变化为：
[0020][0021]式中：E
n
(n＝1,2,
…
)为TEC的n阶导数，
[0022]且
[0023]优选的，所述步骤S2中，基于所述非“停
‑
走
‑
停”假设，得到所述电离层引起的双程斜距误差RR
ion
(t0+t
a
)的表达式为：
[0024][0025]式中：τ为雷达发射电磁波到目标的电磁波传输时间；
[0026]多项式系数为
[0027][0028][0029][0030]f
c
为距离频率。
[0031]优选的，所述步骤S3中，所述GEOSAR的二维回波信号Ss
ion
(f
r
,t
a
)的表达式为：
[0032]式中：ρ
r
(
·
)和ρ
a
(
·
)分别为雷达线性调频信号的距离窗函数和方位窗函数；
[0033]γ为雷达线性调频信号的调频率；
[0034]C为波速；
[0035]f
r
为方位频率；
[0036]RR(t0+t
a
)为理想情况下的斜距模型。
[0037]优选的，所述步骤S4中，由于f
r
远小于f
c
，则所述GEOSAR的二维回波信号表达式为：
[0038]Ss
ion
(f
r
,t
a
)＝A
i
Ss(f
r
,t
a
)H
ir
(f
r
)H
ia
(t
a
)
[0039]式中：
[0040][0041][0042][0043]A
i
＝exp(
‑
j2πq0)。
[0044]Ss(f
r
,t
a
)表示GEOSAR的理想回波信号距离频率
‑
方位时间域表达式；H
ir
(f
r
)和H
ia
(t
a
)分别表示电离层对距离向和方位向脉冲响应函数的影响；A
i
表示电离层对回波信号幅度的影响，
[0045]通过泰勒级数展开，H
ir
(f
r
)可展开为
[0046][0047]上式中，其第一个指数项表示电离层对回波信号幅度的影响；第二个指数项体现了电离层引起的距离走动项，其图像距离偏移量为对低频段雷达影响较为严重；其余指数项均引起距离分辨能力下降，其峰值二次相位量为峰值高阶相位量为当相位误差总量大于π/4时，将导致距离向分辨能力下降，否则可忽略电离层对距离分辨能力的影响。
[0048]H
ia
(t
a
)可展开表示为：
[0049][0050]上式中，第一个指数项为方位走动项，表示图像方位偏移量为
‑
λR
c
40.3E1/(f
c
CV
s
(t0))；第二个和第三个指数项均引起方位分辨能力下降，其峰值二次相位误差为峰值高阶相位误差为
[0051]优选的，所述的步骤S5中：
[0052]应用双频时延差分估计法获得随时间变化的TEC量，估计获得相位函数和根据所述相位函数和对所述电离层污染的所述GEOSAR回波信号
Ss
ion
(f
r
,t
a
)，进行相位补偿处理，相位补偿处理后的所述GEOSAR回波信号Ss
ion2
(f
r
,t
a
)表达式为：
[0053][0054]相位补偿处理后的所述GEOSAR回波信号中包括理想回波信号Ss(f
r
,t
a
)和所述电离层影响残留信号H
i2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于GEOSAR的改进RD成像方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据背景电离层在合成孔径时间内的空时变化特性，获得电离层折射引起的斜距误差；步骤S2：基于非“停
‑
走
‑
停”假设，得到所述电离层引起的双程斜距误差值；步骤S3：获得GEOSAR的二维回波信号表达式；步骤S4：利用级数反演方法，得到所述GEOSAR的二维回波信号简化表达式；步骤S5：处理所述电离层影响；步骤S6：补偿高阶相位函数影响；步骤S7：距离压缩及距离徙动校正；步骤S8：方位压缩处理；步骤S9：获得清晰点目标二维图像。2.如权利要求1所述的适用于GEOSAR的改进RD成像方法，其特征在于，所述步骤S1中：定义在t0+t
a
时刻，高度h处的电离层折射率为n
ion
(t0+t
a
,h)，所述电离层折射引起的斜距误差R
ion
(t0+t
a
)的表达式为:式中：f表示工作频率；TEC表示积分电子含量；ion表示电离层；根据所述积分电子含量时间变化特性，假设t0时刻的积分电子含量为TEC0，TEC随慢时间t
a
变化为：式中：E
n
(n＝1,2,
…
)为TEC的n阶导数，且3.如权利要求2所述的适用于GEOSAR的改进RD成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于所述非“停
‑
走
‑
停”假设，得到所述电离层引起的双程斜距误差RR
ion
(t0+t
a
)的表达式为：式中：τ为雷达发射电磁波到目标的电磁波传输时间；多项式系数为多项式系数为
f
c
为距离频率。4.如权利要求3所述的适用于GEOSAR的改进RD成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述GEOSAR的二维回波信号Ss
ion
(f
r
,t
a
)的表达式为：)的表达式为：式中：ρ
r
(
·
)和ρ
a
(
·
)分别为雷达线性调频信号的距离窗函数和方位窗函数；γ为雷达线性调频信号的调频率；C为波速；f
r
为方位频率；RR(t0+t
a
)为理想情况下的斜距模型。5.如权利要求4所述的适用于GEOSAR的改进RD成像方法，其特征在于，所述步骤S4中，由于f
r
远小于f
c
，则所述GEOSAR的二维回波信号表达式为：Ss
ion
(f
r
,t
a
)＝A
i
Ss(f
r
,t
a
)H
ir
(f
r
)H
ia
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卓群，李雁斌，邵晟，唐琳，陈曦，何启明，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：