一种星机联合双基地合成孔径雷达时域成像方法技术

本发明专利技术公开了一种星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，它是针对星机联合双基地合成孔径雷达系统的空变特点，在变尺度逆傅立叶变换技术的基础上，利用距离历史的空域截断误差消除了变尺度逆傅立叶变换后散射点的距离域数据出现的距离位置失真的非等间隔现象。克服并校正了变尺度逆傅立叶变换算法在运用到星机联合双基地合成孔径雷达成像时所带来的非等间隔现象，从而在不增加过多的运算量的基础上，实现了对大场景下星机联合双基地合成孔径雷达成像。本发明专利技术可以应用于合成孔径雷达成像，地球遥感等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，它特别涉及合成孔径雷达(SAR)成像技术中星机联合模式双基地合成孔径雷达成像方法。
技术介绍
双基地合成孔径雷达(Bistatic SAR)是将接收机和发射机分别安装在不同的运动平台上的一种新型合成孔径雷达系统。星机联合双基地合成孔径雷达(Spaceborne-Airborne Bistatic SAR)作为双基地合成孔径雷达的一种特殊模式，采用卫星发射、单(多)个飞机接收的工作模式，在继承了双基合成孔径雷达优点的同时，还具有以下独特优点 1.独特的“远发近收”模式，既充分发挥了卫星站得高、看得远、覆盖面广等优势，又保持了很高的图像信噪比； 2.降低对卫星功率、数据传输容量、处理能力及成本等方面需求； 3.根据客户需求制定观测方案，实施比分布式星载SAR系统更灵活的数据采集方式，降低数据获取成本； 4.发挥飞机机动灵活的特点，构建不同于传统条带、聚束及扫描模式的新型工作模式，便于高分辨率和大测绘带SAR系统设计实现。 因此星机联合双基地SAR作为一项新概念的空间对地观测或侦察手段，无论在民用还是军事应用领域都有着更为广泛的发展空间，成了最近双基地合成孔径雷达领域的研究热点。 一般地，双基地合成孔径雷达系统可以分成两类移不变双基地合成孔径雷达系统和移变双基地合成孔径雷达系统。星机联合双基地合成孔径雷达作为典型的移变双基地合成孔径雷达系统，发射/接收系统的几何关系随时间变化，因此基于线性时不变假设的合成孔径雷达成像方法，如，距离-多普勒算法、波数域算法，不能满足此类双基地合成孔径雷达成像的要求；另外，即使实现了移变双基地合成孔径雷达成像点目标成像，移变双基地合成孔径雷达成像距离向和方位向坐标系的非正交性仍不可避免的导致移变双基地合成孔径雷达图像失真。目前针对移变双基地合成孔径雷达成像算法，特别是星机联合模式下的成像算法比较有限，在有效的频域算法方面几乎只有基于LBF-E算法，而时域方面除了后向投影(BP)算法和变尺度逆傅立叶变换算法外很少有其他算法。而且变尺度逆傅立叶变换算法由于没有考虑空域截断误差的影响，所以并不适应大场景下的星机联合双基地合成孔径雷达成像。见文献“Shi Jun；Xiaoling Zhang；Jianyu Yang；“Principle and Methods on Bistatic SAR Signal Processing via TimeCorrelation”，Geoscience and Remote Sensing，IEEE Transactions，Volume46，pp3163-3178(2008)”。因此新的适用于大场景下的星机联合双基地合成孔径雷达的时域算法亟待提出。
技术实现思路
本专利技术提供了一种星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，其特点是利用距离历史的空域截断误差消除了变尺度逆傅立叶变换后散射点的距离域数据出现的距离位置失真的非等间隔现象；克服并校正了变尺度逆傅立叶变换算法在运用到星机联合双基地合成孔径雷达成像时所带来的非等间隔现象，从而在不增加过多的运算量的基础上，实现了对大场景下星机联合双基地合成孔径雷达成像并在不额外增加多少运算量的基础上实现了大场景下星机联合双基地合成孔径雷达成像。 为了方便描述本专利技术的内容，首先作以下术语定义 定义1、星机联合双基地合成孔径雷达(Spaceborne-Airborne Bistatic SAR) 双基地合成孔径雷达是指雷达发射系统和接收系统分别安装在不同运动平台上的合成孔径雷达，其中，安装发射系统的平台称作发射平台，安装接收系统的平台称作接收平台。 星机联合双基地合成孔径雷达是指雷达的发射平台和接收平台分别置于卫星和飞机上的双基地合成孔径雷达的特殊模式。 定义2、移变模式双基地合成孔径雷达 广义上讲，移变模式双基地合成孔径雷达是指安装发射系统和接收系统的平台在数据采集过程中相对位置发生变化的合成孔径雷达系统。 但实际情况下，发射平台和接收平台的运动轨迹总保持匀速直线运动。因此，本专利技术中定义“移变模式双基地合成孔径雷达”是指发射系统平台和接收系统平台的运动轨迹，在数据采集过程中，总保持匀速直线运动的广义移变模式双基地合成孔径雷达。 定义3合成孔径雷达标准距离压缩方法 合成孔径雷达标准距离压缩方法是指利用合成孔径雷达发射参数，主要包括采用以下公式生成参考信号，并采用匹配滤波技术对合成孔径雷达的距离向信号进行滤波的过程。 其中，f(t)为参考函数，B为雷达发射基带信号的信号带宽，TP为雷达发射信号脉冲宽度，t为时间自变量，取值范围从 到 详见文献“雷达成像技术”，保铮等编著，电子工业出版社出版。本说明书中将距离压缩后得到的数据称为距离域数据。 定义4合成孔径雷达场景空间 合成孔径雷达场景空间是指现实空间中所有待观测的场景目标点的集合。在不同空间坐标系下有不同的表示，但一旦坐标系确立以后其表示是唯一的。一般情况下为了方便成像取地面坐标系，即距离向-方位向-高度向坐标系。 定义5合成孔径雷达成像空间 合成孔径雷达成像空间是指合成孔径雷达成像方法将场景空间中的散射点投影到的二维平面空间，该空间由合成孔径雷达成像空间中的两个相互正交的坐标基确定，目前典型合成孔径雷达的成像空间包括距离向-方位向投影空间。本专利技术中用以下数学关系表示成像空间M M＝{x/x＝u·ζu+v·ζv，u，v∈□} (2) 其中ζu和ζv表示构成成像空间M的相互正交的坐标基，分别表示距离向和方位向。x为成像空间中的目标点向量，u，v分别表示该点的距离和方位坐标。 定义6合成孔径雷达成像场景参考点 合成孔径雷达成像场景参考点是指合成孔径雷达成像空间中的某个散射点，作为分析和处理场景中其他散射点的参照。 定义7合成孔径雷达成像空间的线型区域 合成孔径雷达成像空间的线型区域是指成像空间中满足以下数学关系的散射点的集合。 Mi＝{Pω/Pω＝u·ζu+vi·ζv，u∈□} (3) Mi的物理意义是表示成像空间中平行于ζu坐标轴的线型区域，u表示该点的距离，vi表示该线型区域的方位坐标，对于同一个线型区域而言认为是不变的，该区域的宽度由方位向的分辨率确定。 定义8合成孔径雷达距离历史的空域展开 合成孔径雷达距离历史是指任意时刻场景空间中待观测的散射点到卫星平台和飞机平台的距离和。合成孔径雷达距离历史的空域展开是指将距离历史沿场景空间的三个方向做多元泰勒展开(multi-variables Taylor’s theorem)的过程。其中被忽略的二阶及二阶以上的误差称之为空域截断误差。 定义9变尺度逆傅立叶变换 变尺度逆傅立叶变换是指在进行传统意义的逆傅立叶变换的过程中，根据方法的需要，动态改变逆傅立叶变换点数的改进型逆傅立叶变换。由于逆傅立叶变换的分辨率与逆傅立叶变换点数成正比，采用变尺度逆傅立叶变换可以根据本专利技术方法的需要校正移变模式双基地合成孔径雷达分辨率的时变特性。 定义10非等间隔现象 非等间隔现象是指在星机联合双基地合成孔径雷达数据处理时，由于忽略了距离历史空域展开时的高阶误差，从而引起的变尺度逆傅立叶变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，它包括以下步骤：步骤一、合成孔径雷达成像空间及成像系统参数的初始化；合成孔径雷达成像空间由合成孔径雷达成像空间中的两个相互正交的坐标基确定，定义与发射平台速度方向平行并在地平面内的单位向量作为合成孔径雷达成像空间的第一个坐标基，即＊↓［ｖ］；定义在地平面内，并与合成孔径雷达成像空间的第一个坐标基＊↓［ｖ］垂直的单位向量作为合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基，记做＊↓［ｕ］；初始化成像系统参数包括：发射平台速度矢量，即卫星相对地面速度矢量其中｜｜.｜｜↓［２］表示二范数，ｎ＝１，．．．，Ｎ↓［ｓ］；步骤四、星机联合双基地合成孔径雷达场景参考点相位历史补偿；取成像空间中线型区域Ｍ↓［ｉ］中的参考点＊↓［０］＝ｖ↓［ｉ］.＊↓［ｖ］，利用公式ｓ↓［ｒｅｆ］（ｋ，ｎ；＊↓［０］）＝ｅｘｐ（－ｊ.（Ｋ↓［０］－ｋ）.Ｒ（ｎ，＊↓［０］）），得到ｎ个ＰＲＦ时刻星机联合双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数ｓ↓［ｒｅｆ］（ｋ，ｎ；＊↓［０］），其中，Ｋ↓［０］为步骤一初始化的雷达发射电磁波的波数，ｋ为自变量，其取值由公式ｋ＝２π.ｍ.ｆ↓［ｓ］／（Ｃ.Ｎ↓［ｒ］）获得，其中，ｍ为自然数，ｍ＝１，．．．，Ｎ↓［ｒ］，ｆ↓［ｓ］为步骤一初始化的雷达发射基带信号的采样频率，Ｃ为光速；对步骤二得到的星机联合双基地合成孔径雷达距离压缩后的时域数据矩阵ｓ↓［１］（ｒ，ｎ；＊↓［ω］）沿距离向做Ｎ↓［ｒ］点的快速傅立叶变换，得到距离压缩后的星机联合双基地合成孔径雷达数据的距离频域表示，记做ｓ↓［１］（ｋ，ｎ；＊↓［ω］）；其中，Ｎ↓［ｒ］为矩阵列数；将获得的ｓ↓［１］（ｋ，ｎ；＊↓［ω］）与场景参考点相位历史补偿参考函数ｓ↓［ｒｅｆ］（ｋ，ｎ；＊↓［０］）相乘，得到场景参考点相位历史补偿后的星机联合双基地合成孔径雷达数据的频域表示ｓ↓［２］（ｋ，ｎ；＊↓［ω］）；步骤五、变尺度逆傅立叶变换；利用公式＊＝ＬＯＳ↓［Ｔ］＋ＬＯＳ↓［Ｒ］，得到星机联合模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向＊；利用公式＊＝＊↑［Ｔ］／‖＊↑［Ｔ］（０）－＊↓［０］‖↓［２］＋＊↑［Ｒ］／‖＊↓［Ｒ］（０）－＊↓［０］‖↓［２］，得到星机联合双基地合成孔径雷达等效平台运动角速度方向＊；将获得的雷达等效雷达视线方向＊和平台运动角速度方向＊均与步骤一中定义的合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基＊↓［ｕ］作内积，得到用于计算变尺度逆...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓玲，杨悦，师君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]