双飞移变模式双基地合成孔径雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种双飞移变模式双基地合成孔径雷达成像方法，本发明专利技术的方法基于对双飞移变模式双基地SAR广义Loffeld模型二维频谱的二维空间线性化，得到一种频率变换，即对频谱相位沿接收站最短斜距进行线性展开，导出Stolt频率变换表达式，实现残余相位的空域线性化和频域线性化，解决了传统SAR成像方法和现有移不变双基地SAR成像方法无法解决双飞移变模式双基地SAR的二维空变，以及现有双飞移变模式双基地SAR成像方法精度较低的问题。本方法形式简单，精度较高，同时运算效率较高，能够满足双飞移变双基地SAR成像处理的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，具体涉及一种双飞移变模式双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)的成像方法。
技术介绍
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，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，SAR发挥了越来越重要的作用。 双基地SAR由于收发分置而有着很多突出的优点，它能获取目标的非后向散射信息，具有作用距离远、隐蔽性和抗干扰性强等特点。另外，由于双基地SAR接收机不含大功率器件，其功耗低、体积小、重量轻，便于多种类型的飞机携带，造价较低。总之，双基地SAR作为一种空间对地观测的新手段，在民用和军用领域都有着广阔的发展空间。根据收发站的相对位置关系，双基地SAR可以分为移不变模式和移变模式，其中移不变模式指收发站平行飞行且速度相同的双基地SAR，移变模式指收发站速度矢量不同的双基地SAR。移变模式又可以分为双飞移变模式和一站固定移变模式，与后者相比，双飞移变模式在实际应用中更加普遍。在双飞移变双基地模式下，由于收发双站相对位置随着时间而变化，导致相同双基斜距和的目标具有不同的距离单元徙动(RCM)和不同的多普勒调频斜率，这种问题称之为方位空变；加之具有传统单基地SAR相同的距离空变特性，因而双飞移变双基地SAR系统具有二维空变特性。传统的成像方法，如距离多普勒、Chirp Scaling和Omega-K等方法均不能直接应用于双飞移变模式双基地SAR，因为它们均是基于方位非空变假设下的成像处理方法。在申请号CN201210232933. 4中给出了一种针对一站固定式双基地SAR的波数域成像方法，但是该方法不能应用于双飞移变模式。针对双飞移变模式双基地SAR，在文献:Focusing of general bistatic SAR configuration data with2_D inversescaled FFT, K. Natroshvilij 0. Loffeldj H. Niesj A. M. Ortiz, and S. Knedlikj IEEE Trans.Geosci. Remote Sens.，vol. 44，no. 10，pp. 27182727，2006.中，和申请号 CN200710049774. 3中提出了一种逆尺度傅立叶变换成像方法；在文献Processing the azimuthvariant bistatic sar data by using monostatic imaging algorithms based ontwo-dimensional principle of stationary phase, R. Wang, Y. K. Deng, 0. Loffeldj H.Niesj I. Walterscheidj T. Espeterj J. Klarej and J. Enderj IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. , vol. 49，no. 10，pp. 3504-3520，2011.中提出了一种 chirp scaling 的成像方法；在文献Results of a space-surface bistatic SAR image formation algorithm, M.Antoniouj R. Sainij and M. Cherniakov，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens.，vol. 45，no. 11，pp. 3359 - 3371，2007.中提出了一种距离多普勒成像方法；在文献Focusing bistaticSAR data using the nonlinear chirp scaling algorithm, F. H. Wong, I. G. Cummingj andY. L. Neo, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 46, no. 9, pp. 2493 - 2505, 2008.中提出了一种非线性CS方法，但是上述方法只是把方位空变建模成了一种尺度变换，都忽略了距离单兀徙动随方位向的空变性。在文献！Efficient Time-Domain Image Formation withPrecise Topography Accommodation for General Bistatic SAR Configurations, M.Rodriguez-Cassola, P. Prats, G. Krieger, andA. Moreira, IEEE Trans, on Aerosp.andElectronic Systems, 47, no. 4, pp. 2949-2966，2011 中提出了一种时域反投影成像方法，但是该方法运算量巨大，难以满足合成孔径雷达成像处理的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的双飞移变 模式双基地合成孔径雷达成像方法存在的上述问题，提出了一种。为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释术语I :双基地 SAR (bistatic SAR)双基地SAR是指系统发射站和接收站分置于不同平台上的SAR系统，其中至少有一个平台为运动平台，在概念上属于双基地雷达。术语2 :双飞移变模式双基地SAR双飞移变模式双基地SAR是双基地SAR的一种，在该模式中，收发站均在空中飞行，但是速度矢量不同，导致其收发双站相对位置会随着时间而变化。术语3:二维空变二维空变是指同一方位向不同距离向的目标具有不同的RCM和多普勒调频斜率，同一距离向不同方位向的目标也具有不同的RCM和多普勒调频斜率。本专利技术的技术方案是一种，流程示意图如图I所示，具体包括如下步骤步骤一对原始回波数据进行二维傅立叶变换；首先设定两直角坐标系(X，y, z)和(X’，f，z)，两坐标系的关系为(x,N\ ( cosof -sin V λΛ,=.(I) U，J Vsm<3f cosa J{yj其中，α为y与y’之间的夹角；在直角坐标系(X，y, z)中接收站零时刻位置记为(xK, yEhE),在直角坐标系(x’，y’，z)中发射站平台位置极为(x’T，y’T，hT);接收站速度记为νκ，并沿y轴运动，发射站速度记为ντ，并沿y’轴运动，任意成像点坐标记为Ρ(χ，y)，在坐标系(x’，y’，z)中该点坐标为(X’，Y );双基地距离和为Rb( n ;x, y) =Rt( n ；x, y) +Re( n ；x, y),其中，η为方位时间，RT(n；x, y),RE(n；x, y)分别为发射站和接收站的距离历程Rt(r ;x,y) =」4 + νΓ {η~%τ ⑵Rs(n\x, V) = φ^η+νΙ(η-η0Κ)2(3)rT和rK分别为发射站和接收站的最短斜距，具体表示为，rR =-xRf + hi I n 为方位向时间变量,且-I' T)/vT, nor= (y-yE)/vE ；原始回波数据S( τ，η)在距离频域、方位时域的表达式为权利要求1.一种，具体包括如下步骤 步骤一对原始回波数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双飞移变模式双基地合成孔径雷达成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：对原始回波数据进行二维傅立叶变换；设定两直角坐标系(x,y,z)和(x“,y“,z)，两坐标系的关系为：x′y′=cosα-sinαsinαcosαxy---(1)其中,α为y与y“之间的夹角；在直角坐标系(x,y,z)中接收站零时刻位置记为(xR,yR,hR)，在直角坐标系(x“,y“,z)中发射站平台位置极为(x“T,y“T,hT)；接收站速度记为vR，并沿y轴运动，发射站速度记为vT，并沿y“轴运动，任意成像点坐标记为P(x,y)，在坐标系(x“,y“,z)中该点坐标为(x“,y“)；双基地距离和为Rb(η;x,y)=RT(η;x,y)+RR(η;x,y)，其中，η为方位时间，RT(η;x,y),RR(η;x,y)分别为发射站和接收站的距离历程：RT(η;x,y)=rT2+vT2(η-η0T)2---(2)RR(η;x,y)=rR2+vR2(η-η0R)2---(3)rT和rR分别为发射站和接收站的最短斜距，具体表示为η为方位向时间变量，且η0T=(y′？y′T)/vT,η0R=(y？yR)/vR；原始回波数据S(τ,η)（τ为距离时间）在距离频域、方位时域的表达式为：S(f,η;x,y)=S0(f)exp{-j2π(f+f0)RT(η;x,y)+RR(η;x,y)c}---(4)其中，f为距离频率，且rect[·]为矩形窗函数，Br为发射信号带宽，Kr为发射信号的调频斜率，f0为系统载频，c为光速；基于广义Loffeld变换，得到原始回波在二维频域的表达式为：S2df(f,fη;x,y)=S0(f)exp{？jΦG(f,fη;x,y)}？？？？？？？？(5)其中，fη为方位频率，ΦG(f,fη;x,y)=2πc[rTFT(f,fη)+rRFR(f,fη)]+2π[fηT(fη)η0T+fηR(fη)η0R]---(6)FT(f,fη)=(f+f0)2-(cfηT(fη)vT)2---(7)FR(f,fη)=(f+f0)2-(cfηR(fη)vR)2---(8)fηT(fη)和fηR(fη)分别为发射站和接收站的多普勒频率：fηT(fη)=fηcT+fηrTfηr(fη-fηc)(9)fηR(fη)=fηcR+fηrRfηr(fη-fηc)其中，fηcT，fηcR分别为发射站和接收站对应的多普勒质心；fηrT，fηrR分别为发射站和接收站对应的多普勒调频斜率；fηc和fηr为系统总的多普勒质心和多普勒调频斜率；步骤二：选取参考点，对步骤一中得到的二维频域数据进行参考函数匹配，完成粗聚焦；选取场景中心为参考点，在直角坐标系(x,y,z)中该点坐标为(x0,y0)，在(x“,y“,z)中该点坐标为(x0′,y0′)，该点回波的二维频谱为：S2df(f,fη;x0,y0)=S0(f)exp{？jΦG(f,fη;x0,y0)}？？？？？？？？？？(10)其中，ΦG(f,fη;x0,y0)=2πc[rT0FT(f,fη)+rR0FR(f,fη)]+2π[fηT(fη)η0T0+fηR(fη)η0R0]---(11)rT0和rR0分别为参考点处rT和rR的值：rT0=(x0′-xT′)2+hT2,rR0=(x0-xR)2+hR2,η0T0=(y0′？y′T)/vT,η0R0=(y0？yR)/vR，y0′和y0分别为参考点处y“和y的值。参考函数匹配的操作为：“*”为共轭运算，则匹配后的残余相位为：φRES(f,fη;rR,y,rR0,y0)=-2πc[(rT-rT0)FT(f,fη)+(rR-rR0)FR(f,fη)](12)-2π[y′-y0′vTfηT(fη)+y-y′vRfηR(fη)]根据步骤一中rT和rR的表达式，将rT在(rR0,y0)处...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，李中余，黄钰林，杨海光，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：