星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法技术

本发明专利技术公开了一种星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法。本发明专利技术建立了基于传输时延线性近似的精确双基地时延模型，解决了星载双基地SAR非沿迹模式中由于“走停”假设失效导致的时域成像散焦的问题，实现了星载双基地SAR非沿迹模式的高精度时域成像。沿迹模式的高精度时域成像。沿迹模式的高精度时域成像。

【技术实现步骤摘要】
星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达
，具体涉及一种星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时全天候、二维高分辨、强穿透性等优点，同时是一种主动式微波遥感设备，因此成为了地球遥感的一种有效手段，在灾害预警、环境监测和军事侦察等应用方面发挥了非常大的作用。
[0003]非沿迹成像模式是星载SAR的一种特有的工作模式。传统星载SAR沿卫星轨道生成测绘带，而星载非沿迹SAR通过连续调整俯仰维、方位维波束指向，直接生成沿目标地形走向分布的成像带，因此对某些“非沿迹”典型场景如地震带、海岸线观测时可以从根本上减少回波数据冗余度，观测效率显著提高。星载双基地SAR系统几何配置灵活，有利于目标的多角度观测，可以得到丰富的图像信息，完成多种遥感探测任务；同时由于其构型收发分置，系统的生存能力和抗干扰拦截能力大大提升。但是星载双基地SAR也存在一些问题，其观测不够灵活，同时由于其成像带沿迹，因此对于一些非沿迹的场景观测效率低。星载双基地SAR非沿迹模式融合了双基地观测的灵活性与非沿迹模式观测的高效性，在民用和军事的各个领域方面都具有独特的应用空间和发展前景，但由于非沿迹观测场景复杂，“走停”假设失效从而产生时域成像散焦问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法，能够实现星载双基地SAR非沿迹模式的高精度时域成像。
[0005]本专利技术的星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法，包括：
[0006]步骤1，构建星载双基地SAR传输时延模型，并对传输时延进行距离维线性近似；其中，在星载双基地SAR斜距模型中添加了三次和四次补偿项；
[0007]步骤2，回波预处理，包括解线频调处理、去残余视频相位处理和残余二次相位补偿处理，然后将信号变换为距离频域
‑
方位时域；其中，解线频调处理后，包括对信号进行截取，滤除信号的混叠部分；
[0008]步骤3，划分非沿迹成像网格；
[0009]具体的，以非沿迹场景的场景中心点作为原点，建立非沿迹成像网格直角坐标系：以非沿迹波束足迹首尾连线作为方位向，定义为X轴正方向；以垂直原点处地表向上方向定义为Z轴正方向；根据X轴与Z轴与右手系定则，确定Y轴方向，即距离向；根据非沿迹双基地的几何构型及信号传输带宽，确定非沿迹成像网格间距，选取足够覆盖距离向波束覆盖范围的距离向成像网格点数，沿非沿迹波束足迹在每个方位向位置进行网格点布置；
[0010]步骤4，非沿迹成像网格波束照射目标判定，具体包括：
[0011]S41，坐标系旋转：将非沿迹成像网格直角坐标系的原点移动至雷达平台对应方位
时刻的位置，然后将坐标系绕Z轴进行旋转，将Y轴正方向旋转至雷达地面投影点指向波束中心的方向；再将坐标系绕X轴进行旋转，将Z轴的正方向指向地面波束中心；再根据雷达卫星的姿态信息确定波束中心旋转角度，将Z轴旋转相应的角度，由此得到SAR天线坐标系下成像网格坐标；
[0012]S42，照射判定：根据雷达波束两维波束宽度，建立椭圆锥面方程对步骤3中建立的成像网格点进行波束照射判断；若成像网格点在SAR天线坐标系下的坐标Z值大于X坐标、且Y坐标对应于椭圆锥面上的Z值，则认为目标在椭圆锥面内部，处于波束照射范围内；若成像网格点在SAR天线坐标系下的坐标Z值小于X坐标、且Y坐标对应于椭圆锥面上的Z值，则处于波束照射范围外；
[0013]步骤5，进行后向投影处理；
[0014]步骤6，根据合成孔径中心与场景中心斜距将多普勒相位恢复，保证图像相位对应于相应的物理位置，得到最终的SAR图像。
[0015]较优的，所述步骤1中，首先在斜距模型中添加三次和四次补偿项，分别得到发射机和接收机在任意时刻τ到目标点的斜距历程R
T
(τ)和R
R
(τ+τ
d
)，进而得到传输时延τ
d
的表达式：
[0016][0017]其中，c为光速；
[0018]将R
T
(τ)和R
R
(τ+τ
d
)的表达式代入公式(3)并进行简化，然后将传输时延τ
d
关于距离向快时间t
r
进行泰勒级数展开，忽略二次及以上距离时间项，得到传输时延为：
[0019]τ
d
(t
a
,t
r
)≈τ
dc
(t
a
)+K
τ
(t
a
)(t
r
‑
τ
c
)(5)
[0020]其中，τ
dc
(t
a
)为中心传输时延；K
τ
为传输时延快时间变化率；
[0021]基于公式(5)对不同时刻波束中心斜距的传输时延进行距离维快时间进行一阶拟合，得到τ
dc
(t
a
)和K
τ
(t
a
)，实现非沿迹双基地传输时延距离维线性近似。
[0022]较优的，所述步骤2中，对解线频调处理后的信号进行截取，截取范围为：
[0023]T
p
′
＝T
p
‑
2|τ
d
‑
τ
c
|
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0024]其中，T
p
为信号的脉冲持续时间，τ
d
为传输时延，τ
c
＝2R
c
/c，R
c
为场景中心参考点对应的最短斜距。
[0025]较优的，所述步骤2中，去残余视频相位处理时，构造的去残余视频相位滤波器为：
[0026][0027]其中，K为调频连续波信号调频率；f
r
表示相干差频，f
r
＝
‑
K(τ
d
‑
τ
c
)，τ
d
为传输时延。
[0028]较优的，所述步骤2中，残余二次相位补偿时，构造的去残余二次相位滤波器为：
[0029]H
sec
＝exp{j2πKK
τ
(t
r
‑
τ
c
)2}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0030]其中，K为调频连续波信号调频率；K
τ
为传输时延快时间变化率；t
r
为距离向快时间；τ
c
＝2R
c
/c，c为光速。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法，其特征在于，包括：步骤1，构建星载双基地SAR传输时延模型，并对传输时延进行距离维线性近似；其中，在星载双基地SAR斜距模型中添加了三次和四次补偿项；步骤2，回波预处理，包括解线频调处理、去残余视频相位处理和残余二次相位补偿处理，然后将信号变换为距离频域
‑
方位时域；其中，解线频调处理后，包括对信号进行截取，滤除信号的混叠部分；步骤3，划分非沿迹成像网格；具体的，以非沿迹场景的场景中心点作为原点，建立非沿迹成像网格直角坐标系：以非沿迹波束足迹首尾连线作为方位向，定义为X轴正方向；以垂直原点处地表向上方向定义为Z轴正方向；根据X轴与Z轴与右手系定则，确定Y轴方向，即距离向；根据非沿迹双基地的几何构型及信号传输带宽，确定非沿迹成像网格间距，选取足够覆盖距离向波束覆盖范围的距离向成像网格点数，沿非沿迹波束足迹在每个方位向位置进行网格点布置；步骤4，非沿迹成像网格波束照射目标判定，具体包括：S41，坐标系旋转：将非沿迹成像网格直角坐标系的原点移动至雷达平台对应方位时刻的位置，然后将坐标系绕Z轴进行旋转，将Y轴正方向旋转至雷达地面投影点指向波束中心的方向；再将坐标系绕X轴进行旋转，将Z轴的正方向指向地面波束中心；再根据雷达卫星的姿态信息确定波束中心旋转角度，将Z轴旋转相应的角度，由此得到SAR天线坐标系下成像网格坐标；S42，照射判定：根据雷达波束两维波束宽度，建立椭圆锥面方程对步骤3中建立的成像网格点进行波束照射判断；若成像网格点在SAR天线坐标系下的坐标Z值大于X坐标、且Y坐标对应于椭圆锥面上的Z值，则认为目标在椭圆锥面内部，处于波束照射范围内；若成像网格点在SAR天线坐标系下的坐标Z值小于X坐标、且Y坐标对应于椭圆锥面上的Z值，则处于波束照射范围外；步骤5，进行后向投影处理；步骤6，根据合成孔径中心与场景中心斜距将多普勒相位恢复，保证图像相位对应于相应的物理位置，得到最终的SAR图像。2.如权利要求1所述的星载双基地SAR非沿迹模式时域成像方法，其特征在于，所述步骤1中，首先在斜距模型中添加三次和四次补偿项，分别得到发射机和接收机在任意时刻τ到目标点的斜距历程R
T
(τ)和R
R
(τ+τ
d
)，进而得到传输时延τ
d
的表达式：其中，c为光速；将R
T
(τ)和R
R
(τ+τ
d
)的表达式代入公式(3)并进行简化，然后将传输时延τ
d
关于距离向快时间t
r
进行泰勒级数展开，忽略二次及以上距离时间项，得到传输时延为：τ
d
(t
a
,t
r
)≈τ
dc
(t
a
)+K
τ
(t
a
)(t
r
‑
τ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，丁泽刚，李晨雨，王轩，曾涛，
申请(专利权)人：北京理工大学重庆创新中心，
类型：发明
国别省市：