移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校 正方法的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)（SAR)具有穿透性強(qiáng)，且能全天時(shí)、全天候工作，目前已被廣泛應(yīng)用 在軍事偵察、地形測(cè)繪、植被分析、海洋及水文觀測(cè)、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)視、資源勘探以及地殼微 變檢測(cè)等領(lǐng)域。
[0003] 雙基前視SAR是空間對(duì)地觀測(cè)的一種新手段。與傳統(tǒng)SAR相比，雙基前視SAR可 以獲取目標(biāo)的非后向散射信息，在作用距離、隱蔽性和抗干擾性等方面具有優(yōu)勢(shì)。另外，雙 基SAR接收機(jī)因不含大功率器件，使其具有功耗低、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，便于多種機(jī)型 攜帶。雙基前視SAR在戰(zhàn)機(jī)對(duì)地偵察打擊、自主著陸、物資空投、導(dǎo)彈精確末制導(dǎo)等領(lǐng)域具 有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，雙基前視SAR在民用和軍用領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間。
[0004] 移變雙基前視SAR的收發(fā)雙站相對(duì)位置隨著時(shí)間而變化，具有雙基前視SAR的優(yōu) 點(diǎn)，同時(shí)移變模式使其具有更好的靈活性。但由于收發(fā)雙站相對(duì)位置隨時(shí)間變化，使得數(shù)據(jù) 處理更加復(fù)雜。特別的，在移變雙基前視模式下，距離徙動(dòng)（RCM)具有方位空變性，即方位 向相同雙基斜距和的目標(biāo)具有不同的距離徙動(dòng)規(guī)律，使得距離徙動(dòng)校正（RCMC)問(wèn)題更加 突出。同時(shí)由于收發(fā)雙站運(yùn)動(dòng)誤差的影響，使得移變雙基前視SAR的距離徙動(dòng)校正變得更 加困難。
[0005] 在文南犬 "Processing of azimuth-invariant bistatic SAR data using the range Doppler algorithm"（Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, vol. 48, no. 1，pp. : 14-21，2008)中，通過(guò)在距離頻域乘以一個(gè)相位因子實(shí)現(xiàn)對(duì)RCM的 校正，但此方法不適用于RCM具有方位空變的情況；文獻(xiàn)"A subaperture range-Doppler processor for bistatic-fixed-receiver SAR"（EUSAR06, 2006)中的方位子孔徑方 法可以克服RCM方位空變的問(wèn)題，然而如何劃分子孔徑和校正后子孔徑如何拼接，仍是 有待角軍決的問(wèn)題；文南犬"Keystone transform-based space-variant range migration correction for airborne forward-looking scanning radar'，(Electronics letters, vo I. 48, no. 2, pp. 121 - 122, 2012)利用Keystone變換對(duì)前視掃描雷達(dá)的RCM進(jìn)行了校正，但 該方法并沒(méi)有考慮運(yùn)動(dòng)誤差的影響，而運(yùn)動(dòng)誤差的存在會(huì)使RCM的校正效果下降，進(jìn)而使 成像質(zhì)量下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)距離徙動(dòng)校正方法無(wú)法用于移變雙基 前視合成孔徑雷達(dá)的問(wèn)題，提出了一種移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校正方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校正方法，包括 以下步驟：
[0008] S1、根據(jù)成像區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)目標(biāo)，計(jì)算接收站和發(fā)射站的距離歷程，產(chǎn)生TV-BFSAR 系統(tǒng)點(diǎn)目標(biāo)仿真回波矩陣；
[0009] S2、對(duì)仿真回波矩陣進(jìn)行距離向脈沖壓縮；
[0010] S3、計(jì)算初始多普勒模糊數(shù)；
[0011] S4、去除距離壓縮后數(shù)據(jù)的多普勒模糊；
[0012] S5、對(duì)去除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于變量代換的距離徙動(dòng)校正；
[0013] S6、計(jì)算距離徙動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)的熵值；
[0014] S7、比較各組熵值的大小，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)距離徙動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S2具體為：
[0016] 獲取步驟Sl中得到的仿真回波矩陣，利用常規(guī)匹配濾波方法實(shí)現(xiàn)距離向脈沖壓 縮，得到距離壓縮后數(shù)據(jù)S (t，f)，其中t為方位向時(shí)間，f為距離向多普勒頻率。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟S3具體為：
[0018] 根據(jù)從運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備獲得的收發(fā)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和傾斜角度信息，利用公式（1)計(jì) 算得到多普勒中心頻率f d
[0019] ⑴
[0020] 其中VR、Vt分別為接收機(jī)、發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)速度，％、將分別是接收站下視角和發(fā)射 站斜視角；
[0021] 再由公式⑵得到多普勒模糊數(shù)的初始值Nani:
[0022]
[0023] 其中，PRF為發(fā)射信號(hào)脈沖重復(fù)頻率，roundO為最近取整函數(shù)；
[0024] 然后再將多普勒模糊數(shù)的初始值Nani分別加1和減1，得到N _和N 。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟S4具體為：
[0026] 根據(jù)公式（3)構(gòu)造去多普勒模糊相位因子：
[0027]
⑴
[0028] 其中，Nni為多普勒模糊數(shù)，T s為發(fā)射信號(hào)脈沖重復(fù)間隔，t為方位向時(shí)間；
[0029] 令Nni分別等于N 凡"+和N ，得到三個(gè)去多普勒模糊相位因子P、P+和P ;
[0030] 將三個(gè)去多普勒模糊相位因子分別與距離壓縮后數(shù)據(jù)S (t，f)相乘，得到三組去 除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)V (t，f) ^ (t，f)jPV (t，f)。
[0031] 進(jìn)一步地，步驟S5具體為：
[0032] 根據(jù)公式（4)對(duì)步驟S4得到的三組去除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)進(jìn)行變量代換：
[0033]
:⑷.
[0034] 其中，f。為發(fā)射信號(hào)的中心頻率；
[0035] 將三組去除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)中的t替換為t'，得到三組變量代換后數(shù)據(jù) S，（t，，f)、S' (t，（t，，f);
[0036] 再對(duì)三組變量代換后數(shù)據(jù)沿距離向做逆傅里葉變換，得到三組距離徙動(dòng)校正后的 數(shù)據(jù)s，（t，，T)、S，（t，，〇+和"（t，，τ)。
[0037] 進(jìn)一步地，步驟S6具體為：
[0038] 將步驟S5得到的三組距離徙動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)沿方位向進(jìn)行投影，得到三組能量 序列x(m)、x(m)JP x(m)，m = 0, 1，…，M-1，其中M為距離向采樣單元數(shù)；
[0039] 根據(jù)公式（5)和公式（6)計(jì)算距離徙動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)的熵值：
[0040] (5'):
[0041] (4)
[0042] 三組能量序列對(duì)應(yīng)計(jì)算得到三組熵值H、HjPH。
[0043] 進(jìn)一步地，步驟S7具體包括以下分步驟：
[0044] S71、比較三組熵值H、H+和H的大??；
[0045] 若H+為最小值，則進(jìn)入步驟S72 ;
[0046] 若H為最小值，則進(jìn)入步驟S74 ;
[0047] 若H為最小值，則進(jìn)入步驟S76 ;
[0048] 372、將H+賦值給H，N 武值給N ，并將NjJP 1得到N ani+，重復(fù)步驟S4-S6,得到距 離徙動(dòng)校正后的熵值H+;
[0049] S73、比較H+與H的大小，若H彡H +則進(jìn)入步驟S76,否則返回步驟S72 ;
[0050] S74、將H賦值給H，N 賦值給^，并將1減1得到^"1，重復(fù)步驟34-36，得到距 離徙動(dòng)校正后的熵值H ;
[0051] S75、比較H與H的大小，若H彡H則進(jìn)入步驟S76,否則返回步驟S74 ;
[0052] S76、輸出用NJi行距離徙動(dòng)校正后的結(jié)果S' (t'，τ)。
[0053] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用移變雙基前視SAR距離徙動(dòng)的規(guī)律，將一個(gè)基 于變量代換的距離徙動(dòng)校正方法與最小熵理論結(jié)合，通過(guò)對(duì)多普勒模糊數(shù)的迭代，完成移 變雙基前視SAR的距離徙動(dòng)校正，同時(shí)得到多普勒模糊數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可 以克服移變雙基前視SAR距離徙動(dòng)方位空變性和運(yùn)動(dòng)誤差的問(wèn)題，同時(shí)得到準(zhǔn)確的多普勒 模糊數(shù)。并且此方法也可應(yīng)用在其它大斜視角合成孔徑雷達(dá)模式下，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 圖1為本發(fā)明提供的一種移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校正方法流程圖。
[0055] 圖2為本發(fā)明步驟S7分步驟流程圖。
[0056] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例仿真目標(biāo)場(chǎng)景示意圖。
[0057] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例距離壓縮后數(shù)據(jù)示意圖。
[0058] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例距離徙動(dòng)校正后數(shù)據(jù)示意圖。
[0059] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0061] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對(duì)以下術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋：
[0062] 術(shù)語(yǔ) 1 :雙基前視 SAR(Bistatic Forward-looking SAR) 〇
[0063] 雙基前視SAR是指系統(tǒng)發(fā)射站和接收站分置于不同平臺(tái)上的SAR系統(tǒng)，其中至少 有一個(gè)平臺(tái)為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，且接收站工作在前視接收模式下，在概念上屬于雙基地雷達(dá)。
[0064] 術(shù)語(yǔ)2 :移變雙基前視SAR (TV-BFSAR)。
[0065] 移變雙基前視SAR是雙基前視SAR的一種，且其收發(fā)雙站相對(duì)位置隨著時(shí)間而變 化。
[0066] 術(shù)語(yǔ)3:多普勒模糊數(shù)。
[0067] 當(dāng)脈沖重復(fù)頻率低于回波多普勒頻率時(shí)，被采樣的多普勒頻率會(huì)對(duì)脈沖重復(fù)頻率 產(chǎn)生"纏繞"，這個(gè)纏繞的數(shù)量就是多普勒模糊數(shù)。
[0068] 本發(fā)明的解決方案是在移變雙基前視SAR模式下，考慮運(yùn)動(dòng)誤差的影響，結(jié)合距 離徙動(dòng)（RCM)特點(diǎn)和最小熵理論，對(duì)多普勒模糊數(shù)進(jìn)行迭代，當(dāng)取得最小熵時(shí)，距離徙動(dòng)校 正效果達(dá)到最好，同時(shí)得到多普勒模糊數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。
[0069] 本發(fā)明提供了一種移變雙基前視合成孔徑雷達(dá)距離徙動(dòng)校正方法，如圖1所示， 包括以下步驟：
[0070] S1、根據(jù)成像區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)目標(biāo)，計(jì)算接收站和發(fā)射站的距離歷程，產(chǎn)生TV-BFSAR 系統(tǒng)點(diǎn)目標(biāo)仿真回波矩陣。
[0071] S2、對(duì)仿真回波矩陣進(jìn)行距離向脈沖壓縮。
[0072] 獲取步驟Sl中得到的仿真回波矩陣，利用常規(guī)匹配濾波方法實(shí)現(xiàn)距離向脈沖壓 縮，得到距離壓縮后數(shù)據(jù)S (t，f)，其中t為方位向時(shí)間，f為距離向多普勒頻率。
[0073] S3、計(jì)算初始多普勒模糊數(shù)。
[0074] 根據(jù)從運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備（如GPS/INS等）獲得的收發(fā)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度和傾斜角度信 息，利用公式（1)計(jì)算得到多普勒中心頻率f d。：
[0075]
(1)
[0076] 其中VR、Vt分別為接收機(jī)、發(fā)射機(jī)運(yùn)動(dòng)速度，％、％分別是接收站下視角和發(fā)射 站斜視角。
[0077] 再由公式（2)得到多普勒模糊數(shù)的初始值Nani:
[0078]
[0079] 其中，PRF為發(fā)射信號(hào)脈沖重復(fù)頻率，roundO為最近取整函數(shù)。
[0080] 然后再將多普勒模糊數(shù)的初始值Nani分別加1和減1，得到N _和N 。
[0081] S4、去除距離壓縮后數(shù)據(jù)的多普勒模糊。
[0082] 根據(jù)公式（3)構(gòu)造去多普勒模糊相位因子：
[0083]
⑶
[0084] 其中，Nni為多普勒模糊數(shù)，T s為發(fā)射信號(hào)脈沖重復(fù)間隔，t為方位向時(shí)間。
[0085] 令Nni分別等于N 凡" +和N ，得到三個(gè)去多普勒模糊相位因子P、P+和P。
[0086] 將三個(gè)去多普勒模糊相位因子分別與距離壓縮后數(shù)據(jù)S (t，f)相乘，得到三組去 除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)V (t，f) ^ (t，f)jPV (t，f)。
[0087] S5、對(duì)去除多普勒模糊后的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于變量代換的