一种遥感卫星照射源前视合成孔径雷达成像方法技术

本发明专利技术提供了一种遥感卫星照射源前视合成孔径雷达频域成像方法，它是利用ＬＳＡ－ＦＢＳＡＲ系统二维频谱的解析表述及接收平台前视工作的特点，从该频谱复杂的耦合关系中获取ＬＳＡ－ＦＢＳＡＲ的距离维空变距离单元徙动、方位维空变ＲＣＭ的非线性映射关系；本发明专利技术改进了传统二维空变ＲＣＭ补偿处理流程，通过尺度傅里叶变换－相位乘、插值－相位乘技术实现非参考点目标方位、斜距二维空变ＲＣＭ的补偿；它有效校正因二维非线性空变ＲＣＭ导致的成像结果弯曲、畸变等严重几何失真问题，本发明专利技术适用于实现ＬＳＡ－ＦＢＳＡＲ高分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，它特别涉及遥感卫星照射源前视合成孔径雷达(简 称LSA-FBSAR)的成像技术。
技术介绍
遥感卫星照射源前视合成孔径雷达(简称LSA-FBSAR)系统的发射机与接收机分 置于低轨遥感卫星、飞机平台之上，收、发波束均指向飞机平台的正前方区域，并向该区域 发射宽带信号，接收机获取目标散射回波并进行合成孔径处理，最终实现接收机正前方的 高分辨二维成像。LSA-FBSAR系统由于收、发平台分置而具有丰富的空间、运动资源，可解除传统单 基地SAR因前视区域目标位置相对平台运动轨迹对称而形成的遥感视野限制，因而该系统 具备突破传统SAR系统成像盲区的能力，可以应用于全天时、全天候的飞行器自主着陆、自 主导航、物资空投、导弹景象匹配制导等领域，为国民经济的发展和国家安全发挥重要的作用。此外，相较于其他体制的外照射源前视SAR成像系统，采用遥感卫星作为照射源 的LSA-FBSAR还具有如下独特优势(1)、星载平台相对目标以高速运动，可以获得相对目 标的较高的多普勒频率带宽，因此能获取更精细的目标信息；(2)、相较其他用途卫星的发 射信号，遥感卫星发射信号的频率、极化方式及其信号带宽等更利于获得高分辨率的遥感 图像；(3)、在轨工作的遥感卫星都可作为系统的发射平台，系统只需负担机载接收机的成 本，可大幅减少系统造价。由此可见，以低轨遥感雷达卫星作为发射平台的LSA-FBSAR系统 极具研究价值。然而LSA-FBSAR系统中由于接收平台工作于正前视，接收机相对目标的距离位置 是对称的，故前视工作模式导致最短斜距的空变特性发生改变，相应的也会改变SA-FBSAR 系统回波信号中距离单元徙动(简写RCM)的空变特性，导致其回波特性与侧视SAR系统 迥异；此外，系统收发平台之间存在着显著的相对运动(发射平台典型速度7. 4 7. 6km/ s，接收平台典型速度100m/s)，导致平台间的相对位置关系和系统几何结构快速变化，系 统复杂程度增大，因此传统SAR成像方法及双基地侧视成像方法难以满足其高质量成像要 求。频域成像算法是一类成像性能与运算效率兼具的算法，在SAR成像中得到 广泛的应用。目前公开发表的文献中，针对外照射源前视SAR系统成像的方法主要 有文献 1 :XiaoLan Q，Donghui H，Chibiao D. Some Reflections on Bistatic SAR ofForward-looking Configuration[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensingletters， 2008,5(4) 735-739中从构建静止照射源前视SAR系统回波二维频谱出发，提出了一种 改进的频域成像算法；文献 2 =Hee-Sub S, Jong-Tae L. Omega-KAlgorithm for Airborne Forward-looking Bistatic Spotlight SAR Imaging[J]. IEEEGeoscience and Remote Sensing Letters, 2009,6 (2) :312_316.利用坐标旋转、扩展泰勒展开近似(Extended4Taylor Approximation)方法，将系统中的前视接收平台轨迹旋转为侧视接收，而后沿用 单基地侧视SAR频域成像算法进行处理；文献3 =Haocheng W，Jianyu Y，Yulin H，Junjie W. Extended SIFFT Algorithm for BistaticForward-Iooking SAR[C]. Proc. of APSAR 2009. 2nd Asian-Pacific Conference onSynthetic Aperture Radar, 2009 955-959 ^fM 平行等速飞行的机载照射源_机载前视接收前视SAR系统，提出了基于尺度逆傅里叶变换 (Inverse Scaled FourierTransform)的成像算法。这些算法补偿二维空变距离单元徙动 的方法基本相同-第一步是实施距离位置相关的RCM(简写RD-RCM)补偿，第二步是实施 方位位置相关的RCM(简写AD-RCM)补偿。然而目前的外照射源前视SAR成像算法均针对静止照射源等简单几何结构的前 视SAR系统而设计，而LSA-FBSAR系统结构和平台间运动关系远较其复杂，回波信号RCM特 性发生变化，相应的成像处理难度也更大，因此现有传统的二维空变RCM补偿方法及相应 的成像方法无法实现LSA-FBSAR高分辨率成像。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有SAR频域成像技术无法应用于LSA-FBSAR的不足，提供 了一种适用于LSA-FBSAR系统的频域成像方法一种遥感卫星照射源前视合成孔径雷达频 域成像方法，该成像方法充分考虑了 LSA-FBSAR的系统特点，不但可以有效补偿因系统收 发平台速度差异而导致的回波信号二维空变特性，而且能够有效校正由于前视工作模式而 引入的非线性几何畸变失真，因此该方法可以高效地实现LSA-FB SAR高分辨率成像。为了方便描述本专利技术的内容，首先作以下术语定义定义1、LSA-FBSAR系统相关参数描述星载平台斜距史rs (O = ^roso+rf+vl(t-t0S)2机载平台斜距史。(O= ψ02Ρ +(φ ηξ,)2 +vl(t-tP0)2LSA-FBSAR系统斜距史R(t.’r，r)“(r。so +r)2 +vs(/-/os)2 +▲ 。+(φ ηξ,)2 +vp(t-top)2星载平台相位史Φ5ω = k · rs(t)机载平台相位史Φρα) = k · rP(t)LSA-FBSAR 系统相位史 Φ (t) = k · R(t)+2 π fdtLSA-FBSAR系统驻定相位时间点tk满足Φ ' (tk) = OLSA-FBSAR 系统成像结果坐标系(x，y)，其中 χ = r/sin ξ s, y = vs · tos。其他参数τ为快(斜距)时间，t为慢(方位)时间；vs，Vp分别是星载和机载 平台相对目标的运动速度大小；星载和机载平台分别在tm，top时刻距前视场景任意目标P 最近，且最近斜距分别为 ，Γ(ΙΡ ；toso, t0P0分别是星载、机载平台距参考目标Ptl最近的时刻， r0S0J r0P0分别是星载、机载平台距离参考目标Ptl的最近斜距；r，T分别是任意目标P与参考 目标Ptl的空间位置差r = ros-roso, T = tos-toso ；f为对应于快(斜距)时间的频率，ω = 2π ·为对应于快(斜距)时间的角频率，(Oci为发射信号中心角频率，&为发射信号中心频率八=^i，c为光速；fd为对应于慢(方位)时间的多普勒频率；ξ s是星载平台的下视定义2、距离单元徙动非线性二维空变特性距离单元徙动非线性空变特性就是回波信号的RCM随目标二维空间位置的变化 而呈非线性变化。对于LSA-FBSAR，由于两平台间的运动速度不相等，两平台之间的方位向相对位 置关系在运动的过程中发生变化，因此除了 SAR固有的斜距空变问题之外还具有方位空变 性，即系统存在斜距维空变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种遥感卫星照射源前视合成孔径雷达频域成像方法，其特征是它包含如下步骤步骤1、回波信号距离压缩遥感卫星照射源前视合成孔径雷达系统的原始回波数据s(τ，t)以一个M行N列的数据矩阵存放，M和N均为正整数，原始回波数据s(τ，t)数据矩阵每列数据是存放慢时间t回波信号的采样，每行的数据存放的是逐个单脉冲快时间τ回波信号的采样；慢时间t是方位向，快时间τ是斜距向；用发射信号s0(τ)作为距离压缩参考信号，把发射信号s0(τ)和原始回波信号s(τ，t)变换到斜距频域后分别得到S0(f)和Sτ(f，t)，而后将S0(f)和Sτ(f，t)共轭相乘，实现距离压缩，如下式所示 <mrow><msubsup> <mi>S</mi> <mi>RC</mi> <mi>&tau;</mi></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mi>S</mi> <mi>&tau;</mi></msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><msubsup> <mi>S</mi> <mn>0</mn> <mo>*</mo></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>上式中*表示复共轭；步骤2、方位向傅立叶变换针对距离压缩后的回波信号数据矩阵中的每一列做傅立叶变换得到经过距离压缩后的回波信号二维频谱步骤3、参考点相位补偿根据参考点目标P0的位置参数(r0S＝r0S0，r0P＝r0P0，t0S＝t0S0，t0P＝t0P0)，利用公式(1) <mrow><msub> <mi>t</mi> <mi>b</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>t</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>S</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>f</mi> <mi>d</mi></msub><msub> <mi>r</mi> <mrow><mn>0</mn><mi>S</mi> </mrow></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>S</mi></msub><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mi>f</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>f</mi><mn>0</mn> </msub></mrow><mi>c</mi> </mfrac> <msub><mi>v</mi><mi>S</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msubsup><mi>f</mi><mi>d</mi><mn>2</mn> </msubsup></msqrt> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>公式(2) <mrow><mi>H</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>,</mo> <msub><mi>f</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><mi>j&phi;</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>t</mi><mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo><mo>&CenterDot;</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mi>j</mi><mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn></mfrac><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>&phi;</mi><mo>&prime;</mo> </msup> <mrow><mo>(</mo><msu...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘喆，张晓玲，杨建宇，叶伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90