專利名稱：一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)頻域成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)(簡稱SA-BSAR)的成像技術(shù)。

背景技術(shù)：
星—機(jī)聯(lián)合雙基地SAR(簡稱SA-BSAR)系統(tǒng)采用星載平臺發(fā)射信號、機(jī)載平臺接收目標(biāo)回波信號的工作模式實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域成像。SA-BSAR不但具有良好的隱蔽性、強(qiáng)的抗干擾能力和戰(zhàn)場生存能力，其獨(dú)特的“遠(yuǎn)發(fā)近收”工作模式還使其具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)(1)既充分發(fā)揮了衛(wèi)星站得高、看得遠(yuǎn)、覆蓋面廣等優(yōu)勢，又保持了很高的圖像信噪比；(2)降低對衛(wèi)星功率、數(shù)據(jù)傳輸容量、處理能力及成本等方面需求；(3)根據(jù)客戶需求制定觀測方案，實(shí)施比分布式星載SAR系統(tǒng)更靈活的數(shù)據(jù)采集方式，降低數(shù)據(jù)獲取成本；(4)發(fā)揮飛機(jī)機(jī)動靈活的特點(diǎn)，構(gòu)建不同于傳統(tǒng)條帶、聚束及掃描模式的新型工作模式，便于高分辨率和大測繪帶SAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。因而星—機(jī)聯(lián)合雙基地SAR必將成為遙感成像雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向。德國自2005年率先開展了SA-BSAR技術(shù)研究，并擬采用2007年發(fā)射的TerraSAR-X衛(wèi)星作為發(fā)射平臺，使用C-160型飛機(jī)搭載PAMIR型號的雷達(dá)作為接收平臺，進(jìn)行SA-BSAR成像實(shí)驗(yàn)。
然而獨(dú)特的收、發(fā)平臺在給SA-BSAR系統(tǒng)帶來上述獨(dú)特優(yōu)勢的同時(shí)，也帶來了成像技術(shù)上的挑戰(zhàn)——由于SA-BSAR系統(tǒng)兩平臺間速度相差大，在照射同一目標(biāo)場景過程中，平臺間相對位置發(fā)生變化，使該系統(tǒng)具有二維空變特性除了斜距空變特性(range variant)之外，還具有典型的方位空變特性(azimuthvariant)；另外，SA-BSAR系統(tǒng)兩平臺間速度、幾何關(guān)系的差異，導(dǎo)致兩平臺對系統(tǒng)斜距史變化率/多普勒頻率/多普勒頻率變化率的貢獻(xiàn)差異顯著。
頻域成像算法是一類成像性能與運(yùn)算效率兼具的算法，在SAR成像中得到廣泛的應(yīng)用。SAR系統(tǒng)沖激相應(yīng)的二維頻譜解析表達(dá)式是頻域成像算法的關(guān)鍵基礎(chǔ)。對于雙基地SAR系統(tǒng)，無法如單基地SAR系統(tǒng)一樣利用駐定相位原理(Principleof Stationary Phase)很方便的得到二維頻譜解析表達(dá)式。目前已公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)1O.Loffeld，H.Nies，V.Peters.Models and Useful Relationsfor Bistatic SAR Processing[J].IEEE Trans.on GRS，2004，42(10)2031-2038中提出了一種近似求解雙基地SAR系統(tǒng)二維頻譜的方法，但該方法只適用于平臺間幾何及運(yùn)動特性差別不大的、多普勒頻率貢獻(xiàn)相當(dāng)?shù)碾p基地SAR系統(tǒng)，對于SA-BSAR系統(tǒng)采用該方法會產(chǎn)生較大的相位誤差，無法滿足成像要求；文獻(xiàn)2K.Natroshvili，O.Loffeld，H.Nies.Focusing of General Bistatic SARConfiguration Data With 2-D Inverse Scaled FFT[J].IEEE Trans.on GRS，vol.44，No.10，October 20062718-2727提出雙基地SAR頻域成像算法，但它是基于文獻(xiàn)1提出的方法所求解的二維頻譜，因而該成像算法也就無法適用于SA-BSAR系統(tǒng)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有SAR頻域成像技術(shù)無法應(yīng)用于SA-BSAR的不足，提供了一種適用于SA-BSAR系統(tǒng)的頻域成像方法一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)頻域成像方法，該成像方法充分考慮了SA-BSAR的系統(tǒng)特點(diǎn)，不但可以有效補(bǔ)償系統(tǒng)回波信號的二維空變特性，而且能夠避免二維STOLT插值帶來的運(yùn)算量大和復(fù)雜度高等問題，因此該方法可以高效地實(shí)現(xiàn)SA-BSAR高分辨率成像。
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1、SA-BSAR系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)描述 星載平臺斜距史 機(jī)載平臺斜距史 SA-BSAR系統(tǒng)斜距史 星載平臺相位史φs(t)＝k·rs(t) 機(jī)載平臺相位史φP(t)＝k·rP(t) SA-BSAR系統(tǒng)相位史φ(t)＝k·r(t)+2πfdt SA-BSAR系統(tǒng)駐定相位時(shí)間點(diǎn)tk滿足φ′(tk)＝0 SA-BSAR系統(tǒng)成像結(jié)果坐標(biāo)系(r，x)，其中x＝vS·t0S。
其他參數(shù)τ為快(斜距)時(shí)間，t為慢(方位)時(shí)間；vS，vP分別是星載和機(jī)載平臺相對目標(biāo)的運(yùn)動速度大?。恍禽d和機(jī)載平臺分別在t0S，t0P時(shí)刻距目標(biāo)最近，且最近斜距分別為r0S，r0P；f為對應(yīng)于快(斜距)時(shí)間的頻率，ω＝2πf為對應(yīng)于快(斜距)時(shí)間的角頻率，ω0為發(fā)射信號中心角頻率，c為光速；fd為對應(yīng)于慢(方位)時(shí)間的多普勒頻率。
定義2、二維空變特性 二維空變特性是指斜距空變特性(range-variant)和方位空變特性(azimuth-variant)。斜距空變特性就是回波信號的距離單元徙動(range cellmigration，簡稱RCM)隨目標(biāo)斜距位置的變化而變化，也稱為range-dependentRCM(簡稱RD-RCM)。方位向空變特性就是不同方位位置的目標(biāo)具有不同的距離單元徙動，又稱為azimuth-dependent RCM(簡稱AD-RCM)。
對于單基地SAR或兩平臺平行等速飛行的機(jī)載、星載雙基地SAR，RCM不隨目標(biāo)的方位位置而變化，只隨目標(biāo)的斜距位置而變化，即僅存在斜距空變特性，因此只需校正RD-RCM即可。對于SA-BSAR，由于兩平臺間的運(yùn)動速度不相等，兩平臺之間的方位向相對位置關(guān)系在運(yùn)動的過程中發(fā)生變化，因此除了SAR固有的斜距空變問題之外還具有方位空變性，即系統(tǒng)存在斜距、方位二維空變特性，必須分別校正RD-RCM和AD-RCM。
定義3、air-phase時(shí)間點(diǎn)tb air-phase時(shí)間點(diǎn)tb為滿足下式成立的時(shí)間點(diǎn) 求解該方程可以得到tb的解析解 在該時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)相位史的變化率φ′(tb)就等于機(jī)載平臺的相位變化率

因此稱該時(shí)間點(diǎn)為air-phase時(shí)間點(diǎn)。
定義4、SA-BSAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜 根據(jù)SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)，定義SA-BSAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜H(f，fd)為 將公式(2)中兩個(gè)指數(shù)項(xiàng)分別定義為二維頻譜的準(zhǔn)單站項(xiàng)HQM(f，fd)和雙站畸變項(xiàng)HBD(f，fd) HQM(f，fd)＝exp{-jφ(tb)}， 定義5、逆尺度傅立葉變換 信號S(f)的逆尺度傅立葉變換ISFT(S(f))為 ISFT(S(f))＝∫s(f)exp(jaft)df (4) 其中a為尺度因子。逆尺度傅立葉變換的離散表示形式為 離散逆尺度傅立葉變換可以通過chirp Z變換實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)施可以通過兩次相位相乘和一次卷積來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)頻域成像方法，如圖1所示，包含如下步驟 步驟一、回波信號距離壓縮 星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的原始回波數(shù)據(jù)s(τ，t)以一個(gè)M行N列的數(shù)據(jù)矩陣存放(M和N均為正整數(shù))，原始回波數(shù)據(jù)s(τ，t)數(shù)據(jù)矩陣每列數(shù)據(jù)是存放慢時(shí)間(方位向)回波信號的采樣；每行的數(shù)據(jù)存放的是逐個(gè)單脈沖快時(shí)間(斜距向)回波信號的采樣。
用發(fā)射信號s0(τ)作為距離壓縮參考信號，把發(fā)射信號s0(τ)和原始回波信號s(τ，t)變換到斜距頻域后分別得到S0(f)和Sτ(f，t)，而后將S0(f)和Sτ(f，t)共軛相乘，實(shí)現(xiàn)距離壓縮。如下式所示 上式中*表示復(fù)共軛，

為經(jīng)過距離壓縮后回波信號的斜距頻域表示。
步驟二、方位向傅立葉變換 針對距離壓縮后的回波信號

數(shù)據(jù)矩陣中的每一列做傅立葉變換得到

這樣距離壓縮后的回波信號進(jìn)入到了斜距頻域—方位頻域(即二維頻域)中，

就是目標(biāo)回波信號經(jīng)過距離壓縮后的二維頻譜。
步驟三、參考點(diǎn)相位補(bǔ)償 根據(jù)參考點(diǎn)目標(biāo)的位置參數(shù)(r0，x0)，利用公式(1) 公式(2) 以及星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)相位史的定義φ(t)＝k·r(t)+2πfdt，就可以得到參考點(diǎn)目標(biāo)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜H0(f，fd)，將參考點(diǎn)目標(biāo)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜H0(f，fd)復(fù)共軛

與回波信號距離壓縮后的二維頻譜

數(shù)據(jù)矩陣逐點(diǎn)相乘得到

如下式所示

是經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償后的回波信號的二維頻譜。
步驟四、斜距空變特性補(bǔ)償 對經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償后的回波信號的二維頻譜

數(shù)據(jù)矩陣的每一行數(shù)據(jù)做逆尺度傅立葉變換，變換采用的尺度因子為ara(fd)；而后，再將經(jīng)逆尺度傅立葉變換后的每一行數(shù)據(jù)乘以相位因子

就得到經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號
其中Δr是點(diǎn)目標(biāo)與參考點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距距離Δr＝r-r0，尺度因子ara(fd)和相位因子

由下式得到
至此，已完成成像場景內(nèi)各非參考點(diǎn)目標(biāo)RD-RCM(即斜距空變特性)的補(bǔ)償，信號變換到斜距圖像域—方位頻域。
步驟五、斜距向傅立葉變換 對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號

數(shù)據(jù)矩陣的每一行做傅立葉變換得到其斜距圖像頻域—方位頻域的數(shù)據(jù)矩陣
步驟六、方位空變特性補(bǔ)償 對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號

數(shù)據(jù)矩陣的每一列做逆尺度傅立葉變換，變換采用的尺度因子為aaz(f)；再將逆尺度傅立葉變換后的每一列數(shù)據(jù)乘以相位因子

得到經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的信號
其中Δx是點(diǎn)目標(biāo)與參考點(diǎn)目標(biāo)之間方位向距離Δx＝x-x0，尺度因子aaz(f)和相位因子

由下式得到
至此，完成對成像場景內(nèi)非參考點(diǎn)目標(biāo)AD-RCM的補(bǔ)償(即方位空變特性的補(bǔ)償)，數(shù)據(jù)進(jìn)入到斜距圖像頻域—方位圖像域。
步驟七、斜距向逆傅立葉變換 針對經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的信號

數(shù)據(jù)矩陣的每一行做逆傅立葉變換，而后作坐標(biāo)變換r＝c·t/2，x＝vs·t，將信號變換到斜距圖像域—方位圖像域。
經(jīng)過上述步驟處理，就可以從SA-BSAR系統(tǒng)接收到的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)s(τ，t)中獲取具有較高分辨率的目標(biāo)成像結(jié)果σ(r，x)。
需要說明的是 通常選擇成像場景中心點(diǎn)為參考點(diǎn)目標(biāo)，由于成像場景內(nèi)雙站畸變項(xiàng)HBD(f，fd)變化較小，因此經(jīng)過步驟一至步驟三的處理，即可以認(rèn)為完成了整個(gè)成像場景雙站畸變項(xiàng)HBD(f，fd)的補(bǔ)償。而SA-BSAR系統(tǒng)的二維空變特性主要體現(xiàn)在準(zhǔn)單站項(xiàng)HQM(f，fd)中，經(jīng)過步驟一至步驟三的處理，成像場景內(nèi)非參考點(diǎn)目標(biāo)的斜距向RCM和方位向RCM仍然存在未被補(bǔ)償?shù)牟糠郑瑹o法滿足高分辨率成像的要求，因此需要步驟四至步驟七進(jìn)一步的補(bǔ)償處理。
此外，步驟四完成后，信號進(jìn)入斜距圖像域—方位頻域，但由于方位空變特性與斜距頻率f有關(guān)，相應(yīng)的AD-RCM補(bǔ)償需要在二維頻域內(nèi)進(jìn)行。因此本發(fā)明在方位空變特性補(bǔ)償之前，在步驟五中實(shí)現(xiàn)域間變換。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是利用SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)得到系統(tǒng)二維頻譜的解析表達(dá)式，并由此推導(dǎo)得到適用于該系統(tǒng)的頻域成像方法。利用ω-k算法的思想，根據(jù)其二維頻譜的解析表述，獲取SA-BSAR的二維Stolt映射關(guān)系；最后通過研究該二維Stolt映射關(guān)系，利用逆尺度傅立葉變換(Inverse Scaled Fourier Transform，簡稱ISFT)和頻域相位相乘來近似實(shí)現(xiàn)二維Stolt插值，以此完成對該系統(tǒng)二維空變特性的補(bǔ)償。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)得到系統(tǒng)二維頻譜的解析表達(dá)式，而后利用ω-k算法的思想，根據(jù)二維頻譜的解析表述，獲取SA-BSAR的二維Stolt映射關(guān)系；最后通過研究該二維Stolt映射關(guān)系，利用逆尺度傅立葉變換(Inverse Scaled Fourier Transform，簡稱ISFT)和頻域相位相乘來近似實(shí)現(xiàn)二維Stolt插值，以此完成對該系統(tǒng)二維空變特性的補(bǔ)償。
本發(fā)明的基本原理是利用SA-BSAR系統(tǒng)的幾何模型及斜距模型，通過分析該系統(tǒng)平臺間特性差異，用air-phase時(shí)間點(diǎn)來解析表示SA-BSAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)二維頻譜；而后利用SA-BSAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)二維頻譜，完成成像場景內(nèi)參考點(diǎn)目標(biāo)二維空變特性補(bǔ)償以及方位壓縮；再通過分析二維STOLT映射關(guān)系得到補(bǔ)償成像場景內(nèi)非參考點(diǎn)目標(biāo)二維空變特性的解決方案。
本發(fā)明解決的技術(shù)問題傳統(tǒng)的單基地SAR僅存在斜距空變(rangevariant)，因而其成像方法無法解決星—機(jī)雙基地SAR成像中的方位、斜距二維空變問題；SAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜是頻域成像算法的關(guān)鍵基礎(chǔ)，對于雙基地SAR系統(tǒng)，無法如單基地SAR系統(tǒng)一樣利用駐定相位原理(Principle ofStationary Phase)很方便的得到解析解表達(dá)的二維頻譜；本發(fā)明利用SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用合理近似，得到SA-BSAR系統(tǒng)沖激響應(yīng)的高精度二維頻譜解析表達(dá)式；通過該二維頻譜的解析表達(dá)式可以得到STOLT映射關(guān)系及其近似處理方法，解決了SA-BSAR系統(tǒng)中的二維空變問題，同時(shí)避免了二維STOLT插值帶來的運(yùn)算量大和復(fù)雜度高等問題。
本發(fā)明的有益效果充分利用SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)，簡化了二維頻譜的求解；利用ISFT和頻域相位相乘取代復(fù)雜的二維STOLT插值，提高了成像算法的運(yùn)算效率并減小了因二維插值運(yùn)算給成像處理帶來的復(fù)雜度，使該頻域成像方法兼具較高的成像性能和運(yùn)算效率。本發(fā)明填補(bǔ)了現(xiàn)有的SAR頻域成像技術(shù)應(yīng)用于SA-BSAR高分辨率成像的空白。



圖1 為本發(fā)明的工作流程框圖。
圖2 為SA-BSAR系統(tǒng)回波數(shù)據(jù)經(jīng)過距離壓縮后二維空變特性的示意圖。
其中，橫軸表示斜距向，縱軸表示方位向，圖中包含了5個(gè)不同方位、斜距位置的點(diǎn)目標(biāo)A，B，C，D，E的距離壓縮后的結(jié)果，演示了不同空間位置點(diǎn)目標(biāo)具有不同的RCM，即SA-BSAR系統(tǒng)的二維空變特性。實(shí)線表示各個(gè)點(diǎn)目標(biāo)實(shí)際的RCM曲線，虛線表示參考點(diǎn)目標(biāo)A的RCM曲線。B，C和D，E點(diǎn)目標(biāo)分別在斜距向和方位向位置上與參考點(diǎn)目標(biāo)A存在差異。
圖3 為SA-BSAR系統(tǒng)回波數(shù)據(jù)s(τ，t)經(jīng)過本發(fā)明步驟一至步驟三處理后結(jié)果。其中，橫軸表示斜距向，縱軸表示方位向。
圖4 為SA-BSAR系統(tǒng)回波數(shù)據(jù)s(τ，t)經(jīng)過本發(fā)明步驟一至步驟七處理后的成像結(jié)果。
其中，橫軸表示斜距向，縱軸表示方位向。
圖5 為本發(fā)明實(shí)施例中采用的SA-BSAR系統(tǒng)平臺參數(shù)。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有步驟、結(jié)論都在MATLAB7.0上驗(yàn)證正確。
本實(shí)施例分別采用TerraSAR-X衛(wèi)星和機(jī)載PAMIR作為發(fā)射、接收平臺，兩平臺平行同向飛行，且分別工作在steering spotlight和chasing方式下，天線波束速度分別為2394.8m/s和853.9m/s。發(fā)射信號的中心頻率為9.65GHz，發(fā)射信號帶寬為50MHz，脈沖重復(fù)頻率為2000Hz。其他系統(tǒng)平臺仿真參數(shù)如表1所示。仿真成像場景內(nèi)包含五個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，其中參考點(diǎn)目標(biāo)位于中心，其余四個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分別在斜距向和方位向上距該參考點(diǎn)目標(biāo)100米。
步驟一、回波信號距離壓縮 SA-BSAR回波信號數(shù)據(jù)s(τ，t)以一個(gè)903行400列的數(shù)據(jù)矩陣存放，其中每列數(shù)據(jù)是存放慢時(shí)間(方位向)回波信號的采樣；每行的數(shù)據(jù)是存放快時(shí)間(斜距向)單脈沖回波信號的采樣。
把距離壓縮參考信號s0(τ)作傅立葉變換得到參考信號頻譜S0(f)，把回波信號s(τ，t)逐行做傅立葉變換得到Sτ(f，t)，將Sτ(f，t)逐行與S0(f)共軛相乘得到

(f，t)，實(shí)現(xiàn)距離壓縮。傅立葉變換可以通過快速傅立葉變換(FastFourier Transform，簡稱FFT)實(shí)現(xiàn)。
步驟二、方位向傅立葉變換 針對距離壓縮后的回波數(shù)據(jù)矩陣

(f，t)的每一列做FFT得到距離壓縮后的二維頻譜

(f，fd)。
步驟三、參考點(diǎn)相位補(bǔ)償 選擇成像場景中心點(diǎn)為參考點(diǎn)目標(biāo)，兩平臺距參考點(diǎn)目標(biāo)的最近斜距分別為rS0＝6491.9e2km，rP0＝3.662e2km，則參考斜距r0＝(r0S+r0P)/2＝3247.8e2km，衛(wèi)星平臺距參考點(diǎn)目標(biāo)最近的時(shí)間點(diǎn)為t0S＝1.755s，相應(yīng)的方位向位置x0＝1333.8e1km。利用表1所示的系統(tǒng)參數(shù)及公式(1)可以得到該系統(tǒng)關(guān)于參考點(diǎn)目標(biāo)的air-phase點(diǎn)，根據(jù)公式(2)可以獲取該系統(tǒng)關(guān)于參考點(diǎn)目標(biāo)的沖激響應(yīng)二維頻譜H0(f，fd)，將其共軛矩陣

與數(shù)據(jù)矩陣

逐點(diǎn)相乘得到經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償后回波信號的二維頻譜數(shù)據(jù)矩陣

處理結(jié)果如圖3所示。
步驟四、斜距空變特性補(bǔ)償 根據(jù)公式(6)

得到尺度因子ara(fd)和相位因子

對經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償?shù)幕夭ㄐ盘柖S頻譜矩陣

的每一行數(shù)據(jù)以尺度因子ara(fd)做逆尺度傅立葉變換，變換后的數(shù)據(jù)矩陣為903行200列；而后，再將經(jīng)逆尺度傅立葉變換后的每一行數(shù)據(jù)分別乘以相位因子

得到經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)矩陣 步驟五、斜距向傅立葉變換 對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)矩陣

的每一行做FFT得到 步驟六、非參考點(diǎn)方位空變特性補(bǔ)償 根據(jù)公式(7)

計(jì)算得到尺度因子aaz(f)和相位因子

對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)矩陣

的每一列以尺度因子aaz(f)做逆尺度傅立葉變換，變換后的數(shù)據(jù)矩陣為265行200列；而后，再將經(jīng)逆尺度傅立葉變換后的每一列數(shù)據(jù)分別乘以相位因子

得到經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)矩陣
步驟七、斜距向逆傅立葉變換 針對經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)矩陣

逐行做逆傅立葉變換，而后作坐標(biāo)變換r＝c·τ/2，x＝vs·t。
經(jīng)過上述步驟處理，就可以從SA-BSAR目標(biāo)回波數(shù)據(jù)s(τ，t)中獲取具有較高分辨率的復(fù)圖像σ(r，x)。
圖3為回波數(shù)據(jù)s(τ，t)經(jīng)過上述步驟一至步驟三處理后的成像結(jié)果。其中，橫軸表示斜距，縱軸表示方位，坐標(biāo)單位均為米，坐標(biāo)原點(diǎn)為參考點(diǎn)目標(biāo)所在位置。從圖3中可以看出由于四個(gè)非參考點(diǎn)目標(biāo)存在未被完全校正的AD-RCM和RD-RCM，因此除參考點(diǎn)目標(biāo)之外的其余四個(gè)點(diǎn)目標(biāo)均存在斜距—方位耦合，其成像結(jié)果位置不正確，無法滿足高分辨率成像的要求，需要步驟四至步驟七進(jìn)一步的處理。
圖4為回波數(shù)據(jù)s(τ，t)經(jīng)過上述步驟一至步驟七處理后的最終成像結(jié)果。其中，橫軸表示斜距，縱軸表示方位，坐標(biāo)單位均為米，坐標(biāo)原點(diǎn)為參考點(diǎn)目標(biāo)所在位置。從圖4中可以看出，采用本發(fā)明提供的成像方法處理后，各點(diǎn)目標(biāo)均被很好的聚焦，且非參考點(diǎn)目標(biāo)的AD-RCM和RD-RCM得以校正，各點(diǎn)目標(biāo)分別位于各自正確的空間位置。因此，本發(fā)明提供頻域成像方法適用于SA-BSAR系統(tǒng)，可以有效的實(shí)現(xiàn)其高分辨率成像處理。
權(quán)利要求
1.一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)頻域成像方法，其特征是它包含如下步驟步驟一、回波信號距離壓縮
星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的原始回波數(shù)據(jù)s(τ，t)以一個(gè)M行N列的數(shù)據(jù)矩陣存放，M和N均為正整數(shù)，原始回波數(shù)據(jù)s(τ，t)數(shù)據(jù)矩陣每列數(shù)據(jù)是存放慢時(shí)間即方位向回波信號的采樣，每行的數(shù)據(jù)存放的是逐個(gè)單脈沖快時(shí)間即斜距向回波信號的采樣；
用發(fā)射信號s0(τ)作為距離壓縮參考信號，把發(fā)射信號s0(τ)和原始回波信號s(τ，t)變換到斜距頻域后分別得到S0(f)和sτ(f，t)，而后將S0(f)和sτ(f，t)共軛相乘，實(shí)現(xiàn)距離壓縮；如下式所示
上式中*表示復(fù)共軛，
為經(jīng)過距離壓縮后回波信號的斜距頻域表示；
步驟二、方位向傅立葉變換
針對距離壓縮后的回波信號
數(shù)據(jù)矩陣中的每一列做傅立葉變換得到
這樣距離壓縮后的回波信號進(jìn)入到了斜距頻域—方位頻域即二維頻域中，
就是目標(biāo)回波信號經(jīng)過距離壓縮后的二維頻譜；
步驟三、參考點(diǎn)相位補(bǔ)償
根據(jù)參考點(diǎn)目標(biāo)的位置參數(shù)(r0，x0)，利用公式(1)
和公式(2)
以及星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)相位史的定義φ(t)＝k·r(t)+2πfdt，就可以得到參考點(diǎn)目標(biāo)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜H0(f，fd)，將參考點(diǎn)目標(biāo)系統(tǒng)沖激響應(yīng)的二維頻譜H0(f，fd)復(fù)共軛
與回波信號距離壓縮后的二維頻譜
數(shù)據(jù)矩陣逐點(diǎn)相乘得到
如下式所示
是經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償后的回波信號的二維頻譜；至此，已完成了對成像場景內(nèi)參考點(diǎn)目標(biāo)的二維空變特性補(bǔ)償以及方位壓縮；
步驟四、斜距空變特性補(bǔ)償
對經(jīng)過參考點(diǎn)相位補(bǔ)償后的回波信號的二維頻譜
數(shù)據(jù)矩陣的每一行數(shù)據(jù)做逆尺度傅立葉變換，變換采用的尺度因子為ara(fd)；再將經(jīng)逆尺度傅立葉變換后的每一行數(shù)據(jù)乘以相位因子
就得到經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號
其中Δr是點(diǎn)目標(biāo)與參考點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距距離Δr＝r-r0，尺度因子ara(fd)和相位因子
由下式得到
至此，已完成成像場景內(nèi)各非參考點(diǎn)目標(biāo)斜距空變特性的補(bǔ)償，信號變換到斜距圖像域—方位頻域；
步驟五、斜距向傅立葉變換
對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號
數(shù)據(jù)矩陣的每一行做傅立葉變換得到其斜距圖像頻域—方位頻域的數(shù)據(jù)矩陣
步驟六、方位空變特性補(bǔ)償
對經(jīng)過斜距空變特性補(bǔ)償后的信號
數(shù)據(jù)矩陣的每一列做逆尺度傅立葉變換，變換采用的尺度因子為aaz(f)；再將逆尺度傅立葉變換后的每一列數(shù)據(jù)乘以相位因子
得到經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的信號
其中Δx是點(diǎn)目標(biāo)與參考點(diǎn)目標(biāo)之間方位向距離Δx＝x-x0，尺度因子aaz(f)和相位因子
由下式得到
至此，完成對成像場景內(nèi)非參考點(diǎn)目標(biāo)的方位空變特性的補(bǔ)償，數(shù)據(jù)進(jìn)入到斜距圖像頻域—方位圖像域；
步驟七、斜距向逆傅立葉變換
針對經(jīng)過二維空變特性補(bǔ)償后的信號
數(shù)據(jù)矩陣的每一行做逆傅立葉變換，而后作坐標(biāo)變換r＝c·t/2，x＝vs·t，將信號變換到斜距圖像域—方位圖像域；
經(jīng)過上述步驟處理，就可以從星—機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)接收到的目標(biāo)回波數(shù)據(jù)s(τ，t)中獲取具有較高分辨率的目標(biāo)成像結(jié)果σ(r，x)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)頻域成像方法，它是利用SA-BSAR系統(tǒng)的特點(diǎn)得到系統(tǒng)二維頻譜的解析表達(dá)式，而后利用ω-k算法的思想，根據(jù)二維頻譜的解析表述，獲取SA-BSAR的二維Stolt映射關(guān)系；最后通過研究該二維Stolt映射關(guān)系，利用逆尺度傅立葉變換和頻域相位相乘來近似實(shí)現(xiàn)二維Stolt插值，以此完成對該系統(tǒng)二維空變特性的補(bǔ)償；能夠避免二維STOLT插值帶來的運(yùn)算量大和復(fù)雜度高等問題，因此該方法可以高效地實(shí)現(xiàn)SA-BSAR高分辨率成像。
文檔編號G01S13/90GK101369018SQ20071004977
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)明者喆 劉, 張曉玲, 楊建宇 申請人:電子科技大學(xué)