專利名稱：一種移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技術(shù)中基 于變尺度逆傅立葉變換的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法。
技術(shù)背景-
雙基地合成孔徑雷達(dá)(Bistatic SAR)是將接收機和發(fā)射機分別安裝在不同 的運動平臺上的一種新型合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。雙基地合成孔徑雷達(dá)不但保持了合 成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的高分辨率特性，還提高了雷達(dá)系統(tǒng)的靈活性，抗干擾能力及生 存能力，成了最近合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點。根據(jù)本人了解以及巳發(fā)表的文 獻(xiàn)，例如Brian D. Righling, Member, IEEE, Randolph L. Moses. "Motion Measurement Errors and Autofocus in Bistatic SAR". IEEE Trans on Image processing. Vol. 15, No. 4. Apr. 2006; Yates, B, Home, A.M., and Blake, A.P.: "Bistatic SAR image formation". Euro, Conf. on Synthetic Aperture Radar(EU SAR，04), Ulm, Germany, May 2004, pp. 581-584。
一般地，雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)可以分成兩類移不變雙基地合成孔徑雷 達(dá)系統(tǒng)和移變雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。對于移不變雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)， 發(fā)射機和接收機有相同的速度，其工作原理可近似為單基地系統(tǒng)，傳統(tǒng)的合成孔 徑雷達(dá)成像方法，例如距離一多普勒算法、波數(shù)域算法及后向投影算法，通過 簡單的改進(jìn)都可以實現(xiàn)此類模式合成孔徑雷達(dá)成像。但對移變雙基地合成孔徑雷 達(dá)系統(tǒng)，發(fā)射/接收系統(tǒng)的幾何關(guān)系隨時間變化，基于線性時不變假設(shè)的合成孔 徑雷達(dá)成像方法，如，距離一多普勒算法、波數(shù)域算法，不能滿足此類雙基地合 成孔徑雷達(dá)成像的要求；另外，即使實現(xiàn)了移變雙基地合成孔徑雷達(dá)成像點目標(biāo) 成像，移變雙基地合成孔徑雷達(dá)成像距離向和方位向坐標(biāo)系的非正交性仍不可避 免的導(dǎo)致移變雙基地合成孔徑雷達(dá)圖像失真。目前可行的移變雙基地合成孔徑雷 達(dá)成像算法只有后向投影算法，但該算法運算量龐大，難以滿足合成孔徑雷達(dá)成 像處理的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服移變雙基地合成孔徑雷達(dá)缺乏有效成像方法的問題，本發(fā)明提供了 一種移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特點史利用較小的運算量實現(xiàn)了 移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像。
為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語定義
定義l、雙基地合成孔徑雷達(dá)(BistaticSAR)
雙基地合成孔徑雷達(dá)是指雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)分別安裝在不同運動平 臺上的合成孔徑雷達(dá)，其中，安裝發(fā)射系統(tǒng)的平臺稱作發(fā)射平臺，安裝接收系統(tǒng) 的平臺稱作接收平臺。
定義2、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)
廣義上講，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)是指安裝發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的平 臺在數(shù)據(jù)采集過程中相對位置發(fā)生變化的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。
但實際情況下，發(fā)射平臺和接收平臺的運動軌跡總保持勻速直線運動。因此， 本發(fā)明中定義"移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)"是指發(fā)射系統(tǒng)平臺和接收系統(tǒng)平 臺的運動軌跡，在數(shù)據(jù)采集過程中，總保持勻速直線運動的廣義移變模式雙基地 合成孔徑雷達(dá)。
定義3合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法
合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法是指利用合成孔徑雷達(dá)發(fā)射參數(shù)，主要包 括采用以下公式生成參考信號，并采用匹配濾波技術(shù)對合成孔徑雷達(dá)的距離向 信號進(jìn)行濾波的過程。<formula>formula see original document page 7</formula>
其中， f(t)為參考函數(shù)，B為雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬，？;為雷達(dá)發(fā)射
信號脈沖寬度，,為自變量，取值范圍從-二到5i，詳見文獻(xiàn)"雷達(dá)成像技術(shù)"，
保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版。
定義4合成孔徑雷達(dá)成像空間
合成孔徑雷達(dá)成像空間是指合成孔徑雷達(dá)成像方法將三維現(xiàn)實空間中的散 射點投影到的二維平面空間，該空間由合成孔徑雷達(dá)成像空間中的兩個相互正交 的坐標(biāo)基確定，目前典型合成孔徑雷達(dá)的成像空間包括距離一方位向投影空間和 地面投影空間。
定義5合成孔徑雷達(dá)成像場景中心
合成孔徑雷達(dá)成像場景中心是指合成孔徑雷達(dá)成像空間中的坐標(biāo)原點。 定義6變尺度逆傅立葉變換
變尺度逆傅立葉變換是指在進(jìn)行傳統(tǒng)意義的逆傅立葉變換的過程中，根據(jù)方 法的需要，動態(tài)改變逆傅立葉變換點數(shù)的改進(jìn)型逆傅立葉變換。由于逆傅立葉變 換的分辨率與逆傅立葉變換點數(shù)成正比，采用變尺度逆傅立葉變換可以根據(jù)本發(fā)
明方法的需要校正移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨率的時變特性。 定義7內(nèi)積
內(nèi)積是一種定義在三維向量空間中的運算，其計算公式如下，<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，S和^表示三維向量空間中的任意兩個向量， <;;>表示向量；和^的 內(nèi)積，；c, ， ；c2和x3表示向量5的分量，y, ， a和力表示向量7的分量。
本發(fā)明提供的一種移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，它包括以下幾個 步驟
步驟一、定義合成孔徑雷達(dá)成像空間及初始化成像系統(tǒng)參數(shù)； 合成孔徑雷達(dá)成像空間由合成孔徑雷達(dá)成像空間中的兩個相互正交的坐標(biāo) 基確定，定義與發(fā)射平臺速度方向平行并在地平面內(nèi)的單位向量作為合成孔徑雷
達(dá)成像空間的第一個坐標(biāo)基，記做《；定義在地平面內(nèi)，并與合成孔徑雷達(dá)成像 空間的第一個坐標(biāo)基《垂直的單位向量作為合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐
標(biāo)基，記做《；
初始化成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺速度矢量,記做Fr，接收平臺速度矢量， 記做^，發(fā)射平臺初始位置矢量,記做S，接收平臺初始位置矢量,記做^，雷 達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù),記做&，雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬,記做S，雷達(dá)發(fā)射 信號脈沖寬度，記做 ;，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度，記做 ;，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣 頻率,記做X,雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做尸/ F，發(fā)射雷達(dá)的波束指向矢量， 記做￡0& ，接收雷達(dá)的波束指向矢量ZO^及接收系統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號 發(fā)射波門的延遲，記做&。上述參數(shù)均為移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的標(biāo) 準(zhǔn)參數(shù)，其中，雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)^，雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬fi，雷
達(dá)發(fā)射信號脈沖寬度 ;，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度7;，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率/、，
雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率尸Wf ，發(fā)射雷達(dá)的波束指向矢量丄0& ，接收雷達(dá)的波
朿指向矢量丄o&及接收系統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號發(fā)散波門的延遲，記做z;,。 在移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)設(shè)計過程中已經(jīng)確定，其中，發(fā)射平臺速度矢量 ^，接收平臺速度矢量h，發(fā)射平臺初始位置矢量K及接收平臺初始位置矢量
^在移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)觀測方案設(shè)計中已經(jīng)確定。根據(jù)移變模式雙
基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)方案和移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)觀測方案，移變模式 雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法需要的初始化成像系統(tǒng)參數(shù)均為已知。
步驟二、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮。 選取第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)接收到的合成孔徑雷達(dá)距離向回波信號，合成孔
徑雷達(dá)距離向回波信號用向量表示，記做萬,；采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮
方法對接收到的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，得到距離壓縮 后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做5。
步驟三、合成孔徑雷達(dá)成像空間中線形成像區(qū)域中心到收/發(fā)平臺距離計算。
利用公式Q^O;/;^l《,+vg，選擇合成孔徑雷達(dá)成像空間中與合成孔徑雷
達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基^平行的線性區(qū)域，記做Q,，其中，y為三維向量，
v為實數(shù)型變量，v的取值范圍由合成孔徑雷達(dá)成像空間的尺寸決定。合成孔徑 雷達(dá)成像空間中線形成像區(qū)域中心為v-O時對應(yīng)的空間中的點，其坐標(biāo)利用公式
計算/=1^,獲得。利用步驟一中初始化得到的發(fā)射平臺速度矢量^，接收平臺
速度矢量^，發(fā)射平臺初始位置矢量K及接收平臺初始位置矢量K，采用公式
A:^+7rl得到第一個脈沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量^ ，采用公式
^=^+^.1得到第一個脈沖重復(fù)周期時接收平臺的位置矢量^ 。利用第一個脈 沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量A和第一個脈沖重復(fù)周期時接收平臺的位置 矢量^，采用公式/ = ^-1.^|2+^-1.^2，得到合成孔徑雷達(dá)場景中心到收/發(fā)
平臺距離W。
步驟四、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償。 對歩驟二得到的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)5作W。點
的快速傅立葉變換，得到距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域 表示，記做^,其中，W。為距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)^的
長度，可以用公式w。-r畫rf( ;./;)獲得，其中，函數(shù)謂W(.)表示采用四舍五入準(zhǔn)
則的取整操作。禾l」用公式^V-exp(-得到第1個脈沖重復(fù)周期時的
移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù):^/，其中，^為
步驟一初始化的雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)，/t為自變量，其取值由公式 "4;rtS/(c^,W。)獲得，其中，"為自然數(shù)，"=1,...,W。， S為步驟一初始化的雷
達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬，。一為光速。
將獲得的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表示^與
移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù):^,相乘，得到場
景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表示&。 步驟五、變尺度逆傅立葉變換。
利用公式5 = ￡0&.+￡0^，得到第一個脈沖重復(fù)周期時，移變模式雙基地合 成孔徑雷達(dá)等效雷達(dá)視線方向^;禾1」用公式》=& + ^，得到第一個脈沖重復(fù)周
期時，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效平臺運動角速度方向》，其中，^為發(fā) 射平臺到場景中心的距離，可以用公式^=|^|2獲得，^為接收平臺到場景中心 的距離，可以用公式^=|^|2獲得。將獲得的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效
雷達(dá)視線方向^與步驟一中定義的合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基^作 內(nèi)積，得到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第一個中間變量W將獲得的移 變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)平臺運動角速度方向》與步驟一中定義的合成孔徑
雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基&作內(nèi)積，得到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù) 的第二個中間變量6。采用公式w-簡m/(w。/(a + w/ra。)，得到第一個脈沖重復(fù) 周期時變尺度逆傅立葉變換點數(shù)w 。比較第一個脈沖重復(fù)周期時變尺度逆傅立葉 變換點數(shù)w與距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)長度w。的大小，
如果w小于等于w。，則選取場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔 徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域&的前w點數(shù)據(jù)構(gòu)成進(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相 位歷史補償后的w點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域&';如果w大于
w。，則在場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域 &后補充^- 點零構(gòu)成進(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后
的w點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域5:。將進(jìn)行變尺度逆傅立葉變 換的場景中心相位歷史補償后的w點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域 5;進(jìn)行w點逆傅立葉變換，得到變尺度逆傅立葉變換后的w點移變模式雙基地
合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)萬i 。從w點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距
離壓縮后時域數(shù)據(jù)^中選擇前w。點數(shù)據(jù)，得到去除冗余點后的雙基地合成孔徑
雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)瓦。 步驟六方位相位補償。
利用公式= exp(y2;r x.c砂, 6 1)，獲得用于移變模式雙基地合成孔徑
雷達(dá)方位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)/:,，其中，x為整數(shù)型自變量，x =-，,...,，， ,, 為光速，6為第五步定義的用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第二個中間變 量。將得到的用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)/^和 第六步得到的變尺度逆傅立葉變換后的W點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離 壓縮后時域數(shù)據(jù)E相乘，得到方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)
距離壓縮后時域數(shù)據(jù)7;。
步驟七利用公式A—y/j^2《,+v."，選取合成孔徑雷達(dá)空間中與合成孔
徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基&平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域，記做A，重復(fù) 步驟三到步驟六，直到獲得所有合成孔徑雷達(dá)空間中平行于合成孔徑雷達(dá)成像空 間的第二個坐標(biāo)基《的線型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑
雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)，記做7;，其中，下標(biāo)!'表示合成孔徑雷達(dá)空間中與合 成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基&平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域的序數(shù)。
步驟八將所有合成孔徑雷達(dá)空間中的所有平行與合成孔徑雷達(dá)成像空間的 第二個坐標(biāo)基^的線型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)
距離壓縮后時域數(shù)據(jù)7:，按照合成孔徑雷達(dá)空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第
二個坐標(biāo)基&平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域的序數(shù)/由小到大的順序，依次排列，
得到第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的復(fù)圖像M 。
步驟九選取合成孔徑雷達(dá)每個脈沖重復(fù)周期，重復(fù)步驟二到步驟七，直到 獲得所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像A/,，其中，/表示脈沖重 復(fù)周期序號。
步驟十將所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像風(fēng)相加，得 到移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)最終圖像M 。
需要指出的是，由于不同合成孔徑雷達(dá)發(fā)射的信號可能存在互為共軛的關(guān) 系，本發(fā)明步驟中的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函
數(shù)A。,的相位中的符號和用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方位相位補償?shù)膮?br> 考函數(shù)^f的相位中的符號，應(yīng)根據(jù)實際合成孔徑雷達(dá)發(fā)射的信號的相位函數(shù)的 符號改變。
本發(fā)明的實質(zhì)是針對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率隨時問變 化的特點，采用變尺度逆傅立葉變換技術(shù)，消除了移變雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨 率的時變特征，并最終得到了能夠滿足移變模式下雙基地合成孔徑雷達(dá)成像處理 要求的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方法。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于針對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨率隨時間變化 的特點，采用變尺度逆傅立葉變換技術(shù)消除移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨率 隨時間變化對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像不利的影響，從而以較小的運算 量實現(xiàn)了對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像。
本發(fā)明的優(yōu)點在于利用較小的運算量實現(xiàn)了移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá) 成像；解決了移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像的問題。本發(fā)明可以應(yīng)用于合成 孔徑雷達(dá)成像，地球遙感等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明所提供方法的流程框圖。
其中，PRI表示脈沖重復(fù)序列的序數(shù)，PRI=1,2,...,M， M為合成孔徑雷達(dá)發(fā)射 脈沖總數(shù)。
圖2為本發(fā)明具體實施方式
采用的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)飛行幾何 關(guān)系圖。
圖3是發(fā)明具體實施方式
采用的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)表。 圖4是通過本發(fā)明提供的方法得到的多點目標(biāo)移變模式雙基地合成孔徑雷 達(dá)成像結(jié)果。
圖中五個菱形分布的黑色方點為布置與地面上五個菱形分布的散射點的移 變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果。從圖中可以看出，本發(fā)明提供的方法可以 很好的實現(xiàn)移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像處理。
具體實施例方式
本發(fā)明主要采用仿真實驗的方法進(jìn)行驗證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB7.0 上驗證正確。具體實施步驟如下-
步驟一、產(chǎn)生移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)仿真數(shù)據(jù)，仿真所需的系統(tǒng)參數(shù) 如圖3所示
歩驟二、定義合成孔徑雷達(dá)成像空間及初始化成像系統(tǒng)參數(shù)； 本試驗中選擇與發(fā)射平臺速度方向平行并在地平面內(nèi)的單位向量作為合成
孔徑雷達(dá)成像空間的第一個坐標(biāo)基《=[1,0,0];另外選擇合成孔徑雷達(dá)成像空間的 第二個坐標(biāo)基^ =
。
本試驗選擇的用于初始化移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法的系統(tǒng)參 數(shù)與表一中提供的參數(shù)一致。
步驟二、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。 選取第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)接收到的合成孔徑雷達(dá)距離向回波信號，合成孔 徑雷達(dá)距離向回波信號在數(shù)學(xué)上可以用向量表示，記做5,;采用合成孔徑雷達(dá) 標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對接收到的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮， 得到距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做^ 。
步驟三、合成孔徑雷達(dá)成像空間中線形成像區(qū)域中心到收/發(fā)平臺距離計算。 選擇合成孔徑雷達(dá)成像空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基A
平行的線性區(qū)域Q^^/y-l.[l,0,0] + v.
}。計算利用步驟一中初始化得到的發(fā) 射平臺速度矢量[IOO，O,O]，接收平臺速度矢量[100,30,0]，發(fā)射平臺初始位置矢量 [250,-1500,2500]及接收平臺初始位置矢量[-250,-1000,3000]，采用公式A =K.+Fr .1得 到第一個脈沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量[250.1,-1500,2500]，采用公式
A =7〖+^ .1得到第一個脈沖重復(fù)周期時接收平臺的位置矢量[-249.9,-999.97,3000]。
利用第一個脈沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量A和第一個脈沖重復(fù)周期時接 收平臺的位置矢量^ ，采用公式7 = |^-[1,0,0]||2+||^-[1,0,0]||2，得到合成孔徑雷達(dá)
場景中心到收/發(fā)平臺距離/ = 6098.3111 。
步驟四、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償。 對步驟二得到的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)5作2400 點的快速傅立葉變換，得到距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻 域表示^。禾擁公式A。/"xp(-W.W)，得到第1個脈沖重復(fù)周期時的移變
模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù)^V ，其中，
^ =209.4395 ， /t為自變量，其取值由公式"0.0017."獲得，其中，"為自然數(shù)，
"=1,...,7V0 。
將本步驟獲得的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表
示^與移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù)A。/逐點
相乘，得到場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域 表示Si 。
步驟五、變尺度逆傅立葉變換。
禾U用公式"丄^+丄ov得到第一個脈沖重復(fù)周期時，移變模式雙基地合
成孔徑雷達(dá)等效雷達(dá)視線方向"[-0.0181,-0.8158,1.8165];利用公式》=要+ |，得
到第一個脈沖重復(fù)周期時，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效平臺運動角速度方 向》=
，。將本步獲得的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效雷達(dá)視
線方向^與歩驟一中定義的合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基^作內(nèi)積，得 到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第一個中間變量。=-0.8158 ;將本步獲得 的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)平臺運動角速度方向》與歩驟一中定義的合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基&作內(nèi)積，得到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第二個中間變量"0.0089 。采用公式Ww湖W(W。/(a + 6.1//^。)，得到第一個脈沖重復(fù)周期時變尺度逆傅立葉變換點數(shù)A^2942 。在場景中心相位歷史補償 后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域5后補充542點零構(gòu)成進(jìn)行變尺 度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后的2942點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域5:。將進(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后的942點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域5:進(jìn)行傳統(tǒng)意義上的2942點逆 傅立葉變換，得到變尺度逆傅立葉變換后的2942點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá) 距離壓縮后時域數(shù)據(jù)^ 。從242點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)萬,中選擇前2400點數(shù)據(jù)，得到去除冗余點后的雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)萬;。步驟六方位相位補償。
利用公式<formula>formula see original document page 16</formula>, 獲得用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方 位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)/;，其中，；c為整數(shù)型自變量，x = -1200,...,1200 。將本歩
得到的用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)y;:,和第六步
得到的變尺度逆傅立葉變換后的2400點去除冗余點后的雙基地合成孔徑雷達(dá)距
離壓縮后時域數(shù)據(jù)萬;相乘，得到方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷 達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)7;。
步驟七依次選取合成孔徑雷達(dá)空間中的每個平行于合成孔徑雷達(dá)成像空間 的第二個坐標(biāo)基《2=
的線型區(qū)域，重復(fù)步驟三到步驟六，直到獲得合成孔徑
雷達(dá)空間中的所有平行于合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基A =
的線
型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù) 7;，將所有合成孔徑雷達(dá)空間中的所有平行于合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐 標(biāo)基^=
的線型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距
離壓縮后時域數(shù)據(jù)7;組合，得到第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的
復(fù)圖像M,。
步驟八依次選取合成孔徑雷達(dá)每個脈沖重復(fù)周期，重復(fù)步驟二到步驟七， 直到獲得所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像M,，其中，/表示脈
沖重復(fù)周期序號。
步驟九將所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像M,逐點相加，
得到移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)最終圖像M 。
通過本發(fā)明具體實施方式
可以看出，本發(fā)明所提供的移變模式雙基地合成孔 徑雷達(dá)成像方法能夠?qū)崿F(xiàn)移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像，且與移變模式雙基 地合成孔徑雷達(dá)后向投影成像方法相比具有更小的運算量。
權(quán)利要求
1.一種移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征是它包括以下幾個步驟步驟一、定義合成孔徑雷達(dá)成像空間及初始化成像系統(tǒng)參數(shù)合成孔徑雷達(dá)成像空間由合成孔徑雷達(dá)成像空間中的兩個相互正交的坐標(biāo)基確定，定義與發(fā)射平臺速度方向平行并在地平面內(nèi)的單位向量作為合成孔徑雷達(dá)成像空間的第一個坐標(biāo)基，記做ξ1；定義在地平面內(nèi)，并與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第一個坐標(biāo)基ξ1垂直的單位向量作為合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基，記做ξ2；初始化成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺速度矢量，記做<overscore>V</overscore>T，接收平臺速度矢量，記做<overscore>V</overscore>R，發(fā)射平臺初始位置矢量，記做接收平臺初始位置矢量，記做雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)，記做Kc，雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬，記做B，雷達(dá)發(fā)射信號脈沖寬度，記做TP，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度，記做To，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率，記做fs，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做PRF，發(fā)射雷達(dá)的波束指向矢量，記做LOST，接收雷達(dá)的波束指向矢量LOSR及接收系統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號發(fā)散波門的延遲，記做TD；上述參數(shù)均為移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，其中，雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)Kc，雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬B，雷達(dá)發(fā)射信號脈沖寬度TP，雷達(dá)接收波門持續(xù)寬度To，雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率fs，雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率PRF，發(fā)射雷達(dá)的波束指向矢量LOST，接收雷達(dá)的波束指向矢量LOSR及接收系統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號發(fā)射波門的延遲，記做TD；在移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)設(shè)計過程中已經(jīng)確定，其中，發(fā)射平臺速度矢量<overscore>V</overscore>T，接收平臺速度矢量<overscore>V</overscore>R，發(fā)射平臺初始位置矢量及接收平臺初始位置矢量在移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)觀測方案設(shè)計中已經(jīng)確定；根據(jù)移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)方案和移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)觀測方案，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法需要的初始化成像系統(tǒng)參數(shù)均為已知；步驟二、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮選取第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)接收到的合成孔徑雷達(dá)距離向回波信號，合成孔徑雷達(dá)距離向回波信號用向量表示，記做<overscore>D</overscore>1；采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對接收到的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，得到距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)，記做<overscore>E</overscore>1；步驟三、合成孔徑雷達(dá)成像空間中線形成像區(qū)域中心到收/發(fā)平臺距離計算利用公式Ω1＝{y/y＝1·ξ1+v·ξ2}，選擇合成孔徑雷達(dá)成像空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2平行的線性區(qū)域，記做Ω1，其中，y為三維向量，v為實數(shù)型變量，v的取值范圍由合成孔徑雷達(dá)成像空間的尺寸決定；合成孔徑雷達(dá)成像空間中線形成像區(qū)域中心為v＝0時對應(yīng)的空間中的點，其坐標(biāo)利用公式計算獲得；利用步驟一中初始化得到的發(fā)射平臺速度矢量<overscore>V</overscore>T，接收平臺速度矢量<overscore>V</overscore>R，發(fā)射平臺初始位置矢量及接收平臺初始位置矢量，采用公式得到第一個脈沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量<overscore>P</overscore>T，采用公式得到第一個脈沖重復(fù)周期時接收平臺的位置矢量<overscore>P</overscore>R；利用第一個脈沖重復(fù)周期時發(fā)射平臺的位置矢量<overscore>P</overscore>T和第一個脈沖重復(fù)周期時接收平臺的位置矢量<overscore>P</overscore>R，采用公式R＝‖<overscore>P</overscore>T-1·ξ1‖2+‖<overscore>P</overscore>R-1·ξ1‖2，得到合成孔徑雷達(dá)場景中心到收/發(fā)平臺距離R；步驟四、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償對步驟二得到的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)<overscore>E</overscore>1作N0點的快速傅立葉變換，得到距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表示，記做<overscore>F</overscore>1，其中，N0為距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)<overscore>E</overscore>1的長度，可以用公式N0＝round(To·fs)獲得，其中，函數(shù)round(·)表示采用四舍五入準(zhǔn)則的取整操作；利用公式<overscore>F</overscore>ref＝exp(-j·(Kc-k)·R)，得到第1個脈沖重復(fù)周期時的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù)<overscore>F</overscore>ref，其中，Kc為步驟一初始化的雷達(dá)發(fā)射電磁波的波數(shù)，k為自變量，其取值由公式k＝4π·n·B/(clight·N0)獲得，其中，n為自然數(shù)，n＝1，...，N0，B為步驟一初始化的雷達(dá)發(fā)射基帶信號的信號帶寬，clight為光速；將獲得的距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表示<overscore>F</overscore>1與移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)場景中心相位歷史補償參考函數(shù)<overscore>F</overscore>ref相乘，得到場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域表示<overscore>G</overscore>1；步驟五、變尺度逆傅立葉變換利用公式<overscore>α</overscore>＝LOST+LOSR，得到第一個脈沖重復(fù)周期時，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效雷達(dá)視線方向<overscore>α</overscore>；利用公式得到第一個脈沖重復(fù)周期時，移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效平臺運動角速度方向<overscore>β</overscore>，其中，RT為發(fā)射平臺到場景中心的距離，可以用公式RT＝‖<overscore>P</overscore>T‖2獲得，RR為接收平臺到場景中心的距離，可以用公式RR＝‖<overscore>P</overscore>R‖2獲得；將獲得的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)等效雷達(dá)視線方向<overscore>α</overscore>與步驟一中定義的合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2作內(nèi)積，得到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第一個中間變量a；將獲得的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)平臺運動角速度方向<overscore>β</overscore>與步驟一中定義的合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2作內(nèi)積，得到用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第二個中間變量b；采用公式N＝round(N0/(a+b·1/PRF))，得到第一個脈沖重復(fù)周期時變尺度逆傅立葉變換點數(shù)N；比較第一個脈沖重復(fù)周期時變尺度逆傅立葉變換點數(shù)N與距離壓縮后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)長度N0的大小，如果N小于等于N0，則選取場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域<overscore>G</overscore>1的前N點數(shù)據(jù)構(gòu)成進(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后的N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域如果N大于N0，則在場景中心相位歷史補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域<overscore>G</overscore>1后補充N-N0點零構(gòu)成進(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后的N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域?qū)⑦M(jìn)行變尺度逆傅立葉變換的場景中心相位歷史補償后的N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)的頻域進(jìn)行N點逆傅立葉變換，得到變尺度逆傅立葉變換后的N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)<overscore>H</overscore>1；從N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)<overscore>H</overscore>1中選擇前N0點數(shù)據(jù)，得到去除冗余點后的雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)<overscore>H</overscore>1；步驟六方位相位補償利用公式獲得用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)其中，x為整數(shù)型自變量，clighr為光速，b為第五步定義的用于計算變尺度逆傅立葉變換點數(shù)的第二個中間變量；將得到的用于移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)方位相位補償?shù)膮⒖己瘮?shù)和第六步得到的變尺度逆傅立葉變換后的N點移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)相乘，得到方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)步驟七利用公式Ω2＝{y/y＝2·ξ1+v·ξ2}，選取合成孔徑雷達(dá)空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域，記做Ω2，重復(fù)步驟三到步驟六，直到獲得所有合成孔徑雷達(dá)空間中平行于合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2的線型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)，記做其中，下標(biāo)i表示合成孔徑雷達(dá)空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域的序數(shù)；步驟八將所有合成孔徑雷達(dá)空間中的所有平行與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2的線型區(qū)域的方位相位補償后的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)距離壓縮后時域數(shù)據(jù)按照合成孔徑雷達(dá)空間中與合成孔徑雷達(dá)成像空間的第二個坐標(biāo)基ξ2平行的線性區(qū)域的線型區(qū)域的序數(shù)i由小到大的順序，依次排列，得到第一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的復(fù)圖像M1；步驟九選取合成孔徑雷達(dá)每個脈沖重復(fù)周期，重復(fù)步驟二到步驟七，直到獲得所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像Mi，其中，i表示脈沖重復(fù)周期序號；步驟十將所有脈沖重復(fù)周期內(nèi)的合成孔徑成像空間內(nèi)的圖像Mi相加，得到移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)最終圖像M。
全文摘要
本發(fā)明提供了基于逆變尺度傅立葉變換的一種移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，它是針對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨率隨時間變化的特點，采用變尺度傅立葉變換技術(shù)消除移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)分辨率隨時間變化對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像不利的影響，從而以較小的運算量實現(xiàn)了對移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像。本發(fā)明解決了移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像的問題，它具有利用較小的運算量實現(xiàn)了移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)成像的特點。本發(fā)明可以應(yīng)用于合成孔徑雷達(dá)成像、地球遙感等領(lǐng)域。
文檔編號G01S7/02GK101369017SQ20071004977
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者君 師, 張曉玲, 楊建宇, 王銀波 申請人:電子科技大學(xué)