專利名稱：一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達遙感成像技術(shù)領(lǐng)域，是一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，應(yīng)用于連續(xù)波合成孔徑雷達對地觀測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達技術(shù)是目前對地遙感、成像及監(jiān)測的重要技術(shù)手段，它可以實現(xiàn)全天時、全天候大覆蓋區(qū)域高分辨率成像，在災(zāi)害監(jiān)測、戰(zhàn)術(shù)偵查、地形匹配導航、目標識別等方面有著廣泛的應(yīng)用。連續(xù)波合成孔徑雷達通過增大脈沖持續(xù)時間，降低系統(tǒng)的峰值功率，從而大大降低系統(tǒng)體積、質(zhì)量、成本及風險，同時提高系統(tǒng)的靈活度，在遙感對地、對空探測、戰(zhàn)術(shù)偵查及災(zāi)害監(jiān)測方面都將發(fā)揮重大作用。由于連續(xù)波合成孔徑雷達系統(tǒng)基于持續(xù)地發(fā)射和接受脈沖，需要獨立的發(fā)射與接收天線。如果發(fā)射和接收天線置于同一平臺，會帶來復雜的天線串擾和耦合問題。本發(fā)明采用雙基模式，將天線分置于兩個獨立的平臺上，解決收發(fā)隔離問題并同時提供更好的靈活性。然而，獨立收發(fā)平臺意味著信號收發(fā)路徑不同，從而導致信號歷程包含兩個根號項。這給雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像帶來了很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達回波信號模型，并利用級數(shù)反演法方法和傅立葉變化性質(zhì)，精確求解信號二維解析譜。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種雙基連續(xù)波 合成孔徑雷達遙感成像方法，其包括步驟:a)采用收發(fā)天線分置，持續(xù)不斷發(fā)射和接收線性調(diào)頻信號，并在接收信號的同時用解斜操作的模式采集回波數(shù)據(jù)；b)基于收發(fā)平臺的空間幾何關(guān)系，精確描述信號的回波延時，建立接收信號的時域模型；c)根據(jù)b)步的時域模型，建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達方位時間-距離頻率域回波信號模型；d)分解c)步的信號為線性成分及非線性成分兩部分；e)引入級數(shù)反演方法(Method of Series Reversion, MSR),建立信號非線性成分的二維頻域模型；f)利用傅立葉變化的性質(zhì)，推導完整信號二維頻譜與信號非線性成分二維頻域表達式之間的關(guān)系，從而建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達信號二維頻譜模型。所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其所述b)步，參照連續(xù)波體制下距離向時間變量對回波延時的影響，分析信號回波延時，建立精確的回波信號時域模型，精確描述雙基連續(xù)波合成孔徑雷達回波信號特性。
所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其所述d)步中，因為雙基體制雷達回波歷程包含雙根號，將回波信號分解為線性相位成分及非線性相位成分兩部分，對非線性成分進行傅立葉變化，利用級數(shù)反演法求解傅立葉變換過程中的駐定相位點，從而得到信號非線性的頻域表達式。所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其所述e)步，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，通過回波信號和信號非線性相位成分的關(guān)系，推導出回波信號二維頻譜與信號非線性相位成分二維頻域表達式之間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)雙基連續(xù)波合成孔徑雷達二維解析譜公式的建立。本發(fā)明的有益效果是，突破傳統(tǒng)連續(xù)波合成孔徑雷達單基模式的局限，實現(xiàn)雙基連續(xù)波合成孔徑雷達二維解析譜的求解，并為未來雙基連續(xù)波合成孔徑雷達的頻域信號處理方法研究提供依據(jù)。


圖1是雙基連續(xù)波模式下雷達發(fā)射、接收平臺和地面目標之間的幾何關(guān)系示意圖；圖2是本發(fā)明的一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法流程示意圖；圖3是仿真場景不意圖；圖4是采用本發(fā)明方法求解頻譜匹配濾波結(jié)果示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，突破傳統(tǒng)連續(xù)波合成孔徑雷達的限制，采用收 發(fā)天線分置于不同平臺，持續(xù)發(fā)射和接收信號的方式接收數(shù)據(jù)，并利用解斜操作降低數(shù)據(jù)率和采樣要求。精確表達連續(xù)波體制下距離向時間變量對回波延時的影響，獲得精確的回波延時表達式，進而建立回波信號時域模型；根據(jù)回波信號時域模型及時頻域映射關(guān)系，利用級數(shù)反演法方法解決信號歷程包含雙根號項這一難題，求解信號非線性成分的頻域表達式；并利用傅立葉變化的特性，推導信號解析譜與信號非線性成分頻域表達式之間的關(guān)系，從而得出完整的信號頻譜，為雙基連續(xù)波合成孔徑雷達頻域信號處理方法提供支撐。如圖2是本發(fā)明的一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法流程，具體操作包括:首先分析連續(xù)波體制下距離向時間變量對回波延時的影響，推導精確的回波延時表達式，給出雙基連續(xù)波合成孔徑雷達回波信號表達式；接著根據(jù)信號的時域模型及時頻域變化關(guān)系，利用級數(shù)反演法求解信號的非線性成分的頻域表達式；最后根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，得到信號解析譜公式與信號非線性成分頻域表達式的映射關(guān)系，從而推導出信號解析譜公式。如圖1所示，為雙基連續(xù)波模式下雷達發(fā)射、接收平臺和地面目標之間的幾何關(guān)系圖。本發(fā)明方法中涉及的數(shù)學符號定義如下:f，f\為距離向與方位向頻率參數(shù)；λ , f0為載波波長與頻率；ντ, νΕ為雷達發(fā)射平臺及接收平臺的運動速度；
σ ( τ 0R, r0為地面目標P ( τ QK，Rqk)的后向散射系數(shù)；τ0Τ, τ0Ε為發(fā)射機和接收機的零多普勒時間；R0T, Roe為地面目標Ρ(τ(ι，Γ(ι)到雷達發(fā)射及接收平臺航線的最短斜距；Kr為發(fā)射信號調(diào)頻率；c 為信號傳播速度；Rc為Dechirp操作參考斜距。本發(fā)明的一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其合成孔徑雷達發(fā)射信號為通用的線性調(diào)頻信號，其數(shù)學表達式為:s (t) = exp (j π Krt2)(I)雙基連續(xù)波合成孔徑雷達二維解析譜的求解可以通過以下步驟實現(xiàn):步驟一:確定雙基連續(xù)波合成孔徑雷達接收單元工作方式。雙基連續(xù)波合成孔徑雷達將收發(fā)天線分置于不同平臺，分別持續(xù)不斷發(fā)射和接收線性調(diào)頻信號，如圖1所示。鑒于連續(xù)波模式雷達脈沖持續(xù)時間一般是普通模式雷達脈沖時間的十幾倍，系統(tǒng)在接收數(shù)據(jù)的同時采用dechirp操作降低數(shù)據(jù)率，減輕采樣壓力。步驟二:時域回波模型建立。根據(jù)圖1的幾何關(guān)系，可以得出雙基模式下回波延時時間τ d的表達式。
權(quán)利要求
1.一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其特征在于:包括步驟: a)采用收發(fā)天線分置的方式，持續(xù)不斷發(fā)射和接收線性調(diào)頻信號，并在接收信號的同時用解斜操作的模式采集回波數(shù)據(jù)； b)基于收發(fā)平臺的空間幾何關(guān)系，精確描述信號的回波延時，建立接收信號的時域模型； c)根據(jù)b)步的時域模型，建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達方位時間-距離頻率域回波信號模型； d)分解c)步的信號為線性成分及非線性成分兩部分； e)引入級數(shù)反演方法，建立信號非線性成分的二維頻域模型； f)利用傅立葉變化的性質(zhì)，推導完整信號二維頻譜與信號非線性成分二維頻域表達式之間的關(guān)系，從而建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達信號二維頻譜模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其特征在于:所述b)步，參照連續(xù)波體制下距離向時間變量對回波延時的影響，分析信號回波延時，建立精確的回波信號時域模型，精確描述雙基連續(xù)波合成孔徑雷達回波信號特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其特征在于:所述d)步中，因為雙基體制雷達回波歷程包含雙根號，將回波信號分解為線性相位成分及非線性相位成分兩部分，對非線性成分進行傅立葉變化，利用級數(shù)反演法求解傅立葉變換過程中的駐定相位點，從而得到信號非線性的頻域表達式。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，其特征在于:所述e)步，根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)，通過回波信號和信號非線性相位成分的關(guān)系，推導出回波信號二維頻譜與信號非線性相位成分二維頻域表達式之間的映射關(guān)系，從而實現(xiàn)雙基連續(xù)波合成孔徑雷達二維解析譜公式的建立。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像方法，該雙基連續(xù)波合成孔徑雷達(Bistatic Continuous Wave Synthetic Aperture Radar，Bi-CWSAR)遙感成像方法，采用收發(fā)天線分置的模式解決天線耦合問題，通過精確地分析信號歷程求解回波延遲時間，建立雙基連續(xù)波合成孔徑雷達時域回波信號模型，巧妙運用級數(shù)反演法方法和傅立葉變換性質(zhì)建立二維解析譜，從而為雙基連續(xù)波合成孔徑雷達遙感成像技術(shù)提供依據(jù)和支撐。
文檔編號G01S13/90GK103245947SQ201210023800
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者劉悅, 鄧云凱, 王宇 申請人:中國科學院電子學研究所