專利名稱：一種星機(jī)聯(lián)合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，它特別涉及星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)(簡稱 SA-BiSAR)的成像技術(shù)。
背景技術(shù)：
星機(jī)聯(lián)合雙基地SAR (簡稱SA-BiSAI )系統(tǒng)采用衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)、飛機(jī)接收目標(biāo)回波信號(hào)的工作模式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的成像。該系統(tǒng)的收發(fā)平臺(tái)有著很大的高度差和速度差， 是一種典型的移變模式。SA-BiSAR采用星載平臺(tái)發(fā)射信號(hào)、機(jī)載平臺(tái)接收目標(biāo)回波信號(hào)的工作模式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的成像，不但繼承了雙基地SAR系統(tǒng)的隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)和戰(zhàn)場(chǎng)生存力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且其獨(dú)特地使用衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，使系統(tǒng)具有覆蓋面廣、數(shù)據(jù)獲取成本低等優(yōu)勢(shì)；另一方面，使用飛機(jī)作為接收機(jī)，可以發(fā)揮飛機(jī)靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，針對(duì)不同的觀測(cè)區(qū)域及觀測(cè)要求，與衛(wèi)星共同構(gòu)建不同的工作模式(平行飛行或斜飛模式)。因此 SA-BiSAR必將成為遙感成像雷達(dá)技術(shù)的重要發(fā)展方向。一般地，雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)可以分成兩類非移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)，其中星機(jī)聯(lián)合雙基地SAR系統(tǒng)就是一種典型的移變雙基地SAR系統(tǒng)。對(duì)于非移變雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有相同的速度，系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)不會(huì)隨著時(shí)間變化，其工作原理可近似為單基地SAR系統(tǒng)。傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)成像方法，例如距離-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(shí)現(xiàn)對(duì)此類模式合成孔徑雷達(dá)成像。但對(duì)于移變雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，收發(fā)平臺(tái)的速度不同，導(dǎo)致二者的幾何關(guān)系隨時(shí)間變化，基于線性時(shí)不變假設(shè)的合成孔徑雷達(dá)成像方法，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(shí)現(xiàn)了移變雙基地合成孔徑雷達(dá)成像點(diǎn)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)圖像中會(huì)有畸變產(chǎn)生。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(yùn)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
為了克服現(xiàn)有成像技術(shù)無法有效應(yīng)用于SA-BiSAR系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供了一種適用于星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，它是先利用RD算法的成像思路實(shí)現(xiàn)聚焦處理，然后再針對(duì)圖像中的畸變進(jìn)行校正，其特點(diǎn)是快速高效地完成對(duì)SA-BiSAR的成像。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、移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)(Bistatic SAR/BiSAR)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的合成孔徑雷達(dá)。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(tái)在數(shù)據(jù)采集過程中相對(duì)位置發(fā)生變化的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。
本發(fā)明中定義的“移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)”是指發(fā)射系統(tǒng)平臺(tái)和接收系統(tǒng)平臺(tái)均保持勻速直線運(yùn)動(dòng)且速度不同(包括大小不同、方向不同、或大小及方向均不同)的雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。定義2、星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)(Spaceborne-Airborne Bistatic SAR/ SA-BiSAR)星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)(簡稱SA-BiSAR)是指雷達(dá)的發(fā)射平臺(tái)和接收平臺(tái)分別置于衛(wèi)星和飛機(jī)上的雙基地合成孔徑雷達(dá)，是一種典型的移變模式雙基地合成孔徑雷達(dá)。星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)的收發(fā)平臺(tái)速度大小必不相同，根據(jù)其速度方向是否相同，又可分為平行飛行SA-BiSAR和斜飛SA-BiSAR。定義3、合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間是指現(xiàn)實(shí)空間中所有待觀測(cè)的場(chǎng)景目標(biāo)點(diǎn)的集合。在不同空間坐標(biāo)系下有不同的表示，但一旦坐標(biāo)系確立以后其表示是唯一的。一般情況下為了方便成像取地面坐標(biāo)系，即距離向-方位向-高度向坐標(biāo)系。該空間由兩個(gè)恒正交的坐標(biāo)基 ζ和ζ張成。定義與衛(wèi)星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)場(chǎng)景空間的第一個(gè)坐標(biāo)基，即ζ ；定義在地平面內(nèi)，并與合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間的第一個(gè)坐標(biāo)基ζ 垂直的單位向量作為合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間的第二個(gè)坐標(biāo)基，記做ζ。定義4、合成孔徑雷達(dá)成像空間合成孔徑雷達(dá)成像方法是將合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間中的散射點(diǎn)投影到另一個(gè)二維平面空間，這個(gè)新的二維平面空間即為合成孔徑雷達(dá)成像空間，該空間與成像方法有關(guān)。 本發(fā)明中，合成孔徑雷達(dá)成像空間的坐標(biāo)基分別表示為ζ和ζ。定義5、近似距離歷史本發(fā)明中，在較短方位時(shí)間內(nèi)，將SA-BiSAR系統(tǒng)的距離歷史近似看作一個(gè)單基地 SAR系統(tǒng)的距離歷史。定義6、SA-BiSAR多普勒參數(shù)多普勒參數(shù)是本發(fā)明所需的關(guān)鍵參數(shù)，包括多普勒中心頻率和多普勒調(diào)頻斜率分別記做fdc和fdr。本發(fā)明由多普勒中心頻率和多普勒調(diào)頻斜率的定義出發(fā)，根據(jù)SA-BiSAR 的近似距離歷史，可以得到SA-BiSAR的多普勒參數(shù)。定義7、合成孔徑雷達(dá)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(hào)，并采用匹配濾波技術(shù)對(duì)合成孔徑雷達(dá)的距離向信號(hào)進(jìn)行濾波的過程。
權(quán)利要求
1. 一種星機(jī)聯(lián)合雙基地合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征是它包括以下步驟 步驟1、成像系統(tǒng)參數(shù)的初始化初始化成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺(tái)速度矢量，即衛(wèi)星相對(duì)地面速度矢量，記做巧；接收平臺(tái)速度矢量，即飛機(jī)相對(duì)地面速度矢量記做巧；發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)速度矢量夾角記做θ f ；發(fā)射平臺(tái)初始位置矢量，記做耳(0)；接收平臺(tái)初始位置矢量，記做巧(0)；雷達(dá)系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，記做PRF ；雷達(dá)發(fā)射基帶信號(hào)的信號(hào)帶寬，記做B ；雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度，記做Tp ；雷達(dá)接收系統(tǒng)的采樣頻率，記做fs ；發(fā)射雷達(dá)的波束指向矢量，記做L0ST，接收雷達(dá)的波束指向矢量，記做L0&;收發(fā)雷達(dá)的波束指向矢量和，記做L0&;距離向采樣點(diǎn)數(shù)記做凡，方位向采樣點(diǎn)數(shù)記做Ns ；步驟2、確定收發(fā)雷達(dá)的角速度矢量和及合成孔徑雷達(dá)成像空間的定義對(duì)于合成孔徑雷達(dá)場(chǎng)景空間中的任意點(diǎn)目標(biāo)，記為P0(X0), yo)，利用步驟1中初始化得到的發(fā)射平臺(tái)與接收平臺(tái)速度矢量夾角記做θ f，衛(wèi)星相對(duì)地面速度矢量
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)成像方法，它是基于星機(jī)聯(lián)合雙基地SAR系統(tǒng)平臺(tái)高度差和速度差很大、衛(wèi)星過頂時(shí)間很短的特點(diǎn)，先對(duì)距離歷史進(jìn)行合理近似，并在此基礎(chǔ)上從多普勒定義出發(fā)，推導(dǎo)出適合SA-BiSAR系統(tǒng)的多普勒參數(shù)；然后借助RD算法的成像思路，即把二維壓縮分解為兩個(gè)一維壓縮的級(jí)聯(lián)形式、并去除相應(yīng)的耦合項(xiàng)，完成對(duì)回波數(shù)據(jù)的聚焦處理；最后針對(duì)聚焦圖像中的畸變現(xiàn)象，提出幾何校正法予以校正，從而完成對(duì)原始場(chǎng)景的快速成像，其特點(diǎn)是本發(fā)明能夠快速高效地完成對(duì)SA-BiSAR的成像。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102313887SQ20101021440
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者左子謹(jǐn), 張曉玲 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)