CN101369017B - 一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于逆变尺度傅立叶变换的一种移变模式双基地合成孔径雷达成像算法，它是针对移变模式双基地合成孔径雷达分辨率随时间变化的特点，采用变尺度傅立叶变换技术消除移变模式双基地合成孔径雷达分辨率随时间变化对移变模式双基地合成孔径雷达成像不利的影响，从而以较小的运算量实现了对移变模式双基地合成孔径雷达成像。本发明解决了移变模式双基地合成孔径雷达成像的问题，它具有利用较小的运算量实现了移变模式双基地合成孔径雷达成像的特点。本发明可以应用于合成孔径雷达成像、地球遥感等领域。

Description

一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法

技术领域：

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及合成孔径雷达(SAR)成像技术中基于变尺度逆傅立叶变换的移变模式双基地合成孔径雷达成像方法。

背景技术：

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。双基地合成孔径雷达不但保持了合成孔径雷达系统的高分辨率特性，还提高了雷达系统的灵活性，抗干扰能力及生存能力，成了最近合成孔径雷达领域的研究热点。根据本人了解以及已发表的文献，例如：Brian D.Righling，Member，IEEE，Randolph L. Moses.“MotionMeasurement Errors and Autofocus in Bistatic SAR”.IEEE Trans on Imageprocessing.Vol.15，No.4.Apr.2006；Yates，B，Home，A.M.，and Blake，A.P.：“Bistatic SAR image formation”.Euro，Conf.on Synthetic Aperture Radar(EUSAR’04)，Ulm，Germany，May2004，pp.581-584。

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。对于移不变双基地合成孔径雷达系统，发射机和接收机有相同的速度，其工作原理可近似为单基地系统，传统的合成孔径雷达成像方法，例如：距离—多普勒算法、波数域算法及后向投影算法，通过简单的改进都可以实现此类模式合成孔径雷达成像。但对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，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。目前可行的移变双基地合成孔径雷达成像算法只有后向投影算法，但该算法运算量庞大，难以满足合成孔径雷达成像处理的要求。

发明内容：

为了克服移变双基地合成孔径雷达缺乏有效成像方法的问题，本发明提供了一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法，其特点史利用较小的运算量实现了移变模式双基地合成孔径雷达成像。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、双基地合成孔径雷达(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。

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，本发明中定义“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。

$f\left(t\right)=\exp (j\·\mathrm{\π}\·\frac{B}{T_p}\·t^2)t\∈[-\frac{T_p}{2},\frac{T_p}{2}]$

其中，f(t)为参考函数，B为雷达发射基带信号的信号带宽，T_P为雷达发射信号脉冲宽度，t为自变量，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：。

定义4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三维现实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—方位向投影空间和地面投影空间。

定义5合成孔径雷达成像场景中心

合成孔径雷达成像场景中心是指合成孔径雷达成像空间中的坐标原点。

定义6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发明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7内积

内积是一种定义在三维向量空间中的运算，其计算公式如下，

<x，y>＝x₁·y₁+x₂·y₂+x₃·y₃

其中，x和y表示三维向量空间中的任意两个向量，<x，y>表示向量x和y的内积，x₁，x₂和x₃表示向量x的分量，y₁，y₂和y₃表示向量y的分量。

本发明提供的一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法，它包括以下几个步骤：

步骤一、定义合成孔径雷达成像空间及初始化成像系统参数；

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，记做ξ₁；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ξ₁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ξ₂；

初始化成像系统参数包括：发射平台速度矢量，记做V_T，接收平台速度矢量，记做V_R，发射平台初始位置矢量，记做

，接收平台初始位置矢量，记做

，雷达发射电磁波的波数，记做K_c，雷达发射基带信号的信号带宽，记做B，雷达发射信号脉冲宽度，记做T_P，雷达接收波门持续宽度，记做T_o，雷达接收系统的采样频率，记做f_s，雷达系统的脉冲重复频率，记做PRF，发射雷达的波束指向矢量，记做LOS_T，接收雷达的波束指向矢量LOS_R及接收系统接收波门相对于发射信号发射波门的延迟，记做T_D。上述参数均为移变模式双基地合成孔径雷达系统的标准参数，其中，雷达发射电磁波的波数K_c，雷达发射基带信号的信号带宽B，雷达发射信号脉冲宽度T_P，雷达接收波门持续宽度T_o，雷达接收系统的采样频率f_s，雷达系统的脉冲重复频率PRF，发射雷达的波束指向矢量LOS₁，接收雷达的波束指向矢量LOS_R及接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟，记做T_D。在移变模式双基地合成孔径雷达设计过程中已经确定，其中，发射平台速度矢量V_T，接收平台速度矢量V_R，发射平台初始位置矢量

及接收平台初始位置矢量

在移变模式双基地合成孔径雷达观测方案设计中已经确定。根据移变模式双基地合成孔径雷达系统方案和移变模式双基地合成孔径雷达观测方案，移变模式双基地合成孔径雷达成像方法需要的初始化成像系统参数均为已知。

步骤二、移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行距离压缩。

选取第一个脉冲重复周期内接收到的合成孔径雷达距离向回波信号，合成孔径雷达距离向回波信号用向量表示，记做D₁；采用合成孔径雷达标准距离压缩方法对接收到的移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行压缩，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据，记做E₁。

步骤三、合成孔径雷达成像空间中线形成像区域中心到收/发平台距离计算。

利用公式Ω₁＝{y/y＝1·ξ₁+v·ξ₂}，选择合成孔径雷达成像空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线性区域，记做Ω₁，其中，y为三维向量，v为实数型变量，v的取值范围由合成孔径雷达成像空间的尺寸决定。合成孔径雷达成像空间中线形成像区域中心为v＝0时对应的空间中的点，其坐标利用公式计算y₁ ⁰＝1·ξ₁获得。利用步骤一中初始化得到的发射平台速度矢量V_T，接收平台速度矢量V_R，发射平台初始位置矢量及接收平台初始位置矢量采用公式 ${\stackrel{\&OverBar;}{P}}_T={\stackrel{\&OverBar;}{P}}_T^0+{\stackrel{\&OverBar;}{V}}_T\&CenterDot;1$ 得到第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量P_T，采用公式 ${\stackrel{\&OverBar;}{P}}_R={\stackrel{\&OverBar;}{P}}_R^0+{\stackrel{\&OverBar;}{V}}_R\&CenterDot;1$ 得到第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量P_R。利用第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量P_T和第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量P_R，采用公式R＝‖P_T-1·ξ₁‖₂+‖P_R-1·ξ₁‖₂，得到合成孔径雷达场景中心到收/发平台距离R。

步骤四、移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿。

对步骤二得到的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据E₁作N₀点的快速傅立叶变换，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示，记做F₁，其中，N₀为距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据E₁的长度，可以用公式N₀＝round(T_o·f_s)获得，其中，函数round(·)表示采用四舍五入准则的取整操作。利用公式F_ref＝exp(-j·(K_c-k)·R)，得到第1个脉冲重复周期时的移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref，其中，K_c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＝4π·n·B/(c_light·N₀)获得，其中，n为自然数，n＝1，..，N₀，B为步骤一初始化的雷达发射基带信号的信号带宽，c_light为光速。

将获得的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示F₁与移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref相乘，得到场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示G₁。

步骤五、变尺度逆傅立叶变换。

利用公式α＝LOS_T+LOS_R，得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α；利用公式 $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}=\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{V}}_T}{R_T}+\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{V}}_R}{R_R}\text{,}$ 得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效平台运动角速度方向β，其中，R_T为发射平台到场景中心的距离，可以用公式R_T＝‖P_T‖₂获得，R_R为接收平台到场景中心的距离，可以用公式R_R＝‖P_R‖₂获得。将获得的移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第一个中间变量a；将获得的移变模式双基地合成孔径雷达平台运动角速度方向β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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第二个中间变量b。采用公式N＝round(N₀/(a+b·1/PRF))，得到第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数N。比较第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数N与距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据长度N₀的大小，如果N小于等于N₀，则选取场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域G₁的前N点数据构成进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域如果N大于N₀，则在场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域G₁后补充N-N₀点零构成进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域

将进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域

进行N点逆傅立叶变换，得到变尺度逆傅立叶变换后的N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁。从N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁中选择前N₀点数据，得到去除冗余点后的双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤六：方位相位补偿。

利用公式

获得用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数

其中，x为整数型自变量，

c_light为光速，b为第五步定义的用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第二个中间变量。将得到的用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数

和第六步得到的变尺度逆傅立叶变换后的N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

相乘，得到方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤七：利用公式Ω₂＝{y/y＝2·ξ₁+v·ξ₂}，选取合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域，记做Ω₂，重复步骤三到步骤六，直到获得所有合成孔径雷达空间中平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据，记做

其中，下标i表示合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域的序数。

步骤八：将所有合成孔径雷达空间中的所有平行与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

按照合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域的序数i由小到大的顺序，依次排列，得到第一个脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的复图像M₁。

步骤九：选取合成孔径雷达每个脉冲重复周期，重复步骤二到步骤七，直到获得所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M₁，其中，i表示脉冲重复周期序号。

步骤十：将所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M₁相加，得到移变模式双基地合成孔径雷达最终图像M。

需要指出的是，由于不同合成孔径雷达发射的信号可能存在互为共轭的关系，本发明步骤中的移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref的相位中的符号和用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数

的相位中的符号，应根据实际合成孔径雷达发射的信号的相位函数的符号改变。

本发明的实质是针对移变模式双基地合成孔径雷达系统的分辨率随时间变化的特点，采用变尺度逆傅立叶变换技术，消除了移变双基地合成孔径雷达分辨率的时变特征，并最终得到了能够满足移变模式下双基地合成孔径雷达成像处理要求的移变模式双基地合成孔径雷达方法。

本发明的创新点在于针对移变模式双基地合成孔径雷达分辨率随时间变化的特点，采用变尺度逆傅立叶变换技术消除移变模式双基地合成孔径雷达分辨率随时间变化对移变模式双基地合成孔径雷达成像不利的影响，从而以较小的运算量实现了对移变模式双基地合成孔径雷达成像。

本发明的优点在于利用较小的运算量实现了移变模式双基地合成孔径雷达成像；解决了移变模式双基地合成孔径雷达成像的问题。本发明可以应用于合成孔径雷达成像，地球遥感等领域。

附图说明：

图1为本发明所提供方法的流程框图。

其中，PRI表示脉冲重复序列的序数，PRI＝1，2，...，M，M为合成孔径雷达发射脉冲总数。

图2为本发明具体实施方式采用的移变模式双基地合成孔径雷达飞行几何关系图。

图3是发明具体实施方式采用的移变模式双基地合成孔径雷达系统参数表。

图4是通过本发明提供的方法得到的多点目标移变模式双基地合成孔径雷达成像结果。

图中五个菱形分布的黑色方点为布置与地面上五个菱形分布的散射点的移变模式双基地合成孔径雷达成像结果。从图中可以看出，本发明提供的方法可以很好的实现移变模式双基地合成孔径雷达成像处理。

具体实施方式

本发明主要采用仿真实验的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB7.0上验证正确。具体实施步骤如下：

步骤一、产生移变模式双基地合成孔径雷达仿真数据，仿真所需的系统参数如图3所示：

步骤二、定义合成孔径雷达成像空间及初始化成像系统参数；

本试验中选择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ξ₁＝[1，0，0]；另外选择合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂＝[0，1，0]。

本试验选择的用于初始化移变模式双基地合成孔径雷达成像方法的系统参数与表一中提供的参数一致。

步骤二、移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行压缩。

选取第一个脉冲重复周期内接收到的合成孔径雷达距离向回波信号，合成孔径雷达距离向回波信号在数学上可以用向量表示，记做D₁；采用合成孔径雷达标准距离压缩方法对接收到的移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行压缩，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据，记做E₁。

步骤三、合成孔径雷达成像空间中线形成像区域中心到收/发平台距离计算。

选择合成孔径雷达成像空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线性区域Ω₁＝{y/y＝1·[1，0，0]+v·[0，1，0]}。计算利用步骤一中初始化得到的发射平台速度矢量[100，0，0]，接收平台速度矢量[100，30，0]，发射平台初始位置矢量[250，-1500，2500]及接收平台初始位置矢量[-250，-1000，3000]，采用公式

得到第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量[250.1，-1500，2500]，采用公式

得到第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量[-249.9，-999.97，3000]。利用第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量P_T和第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量P_R，采用公式R＝‖P_T-[1，0，0]‖₂+‖P_R-[1，0，0]‖₂，得到合成孔径雷达场景中心到收/发平台距离R＝6098.3m。

步骤四、移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿。

对步骤二得到的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据E₁作2400点的快速傅立叶变换，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示F₁。利用公式F_ref＝exp(-j·(K_c-k)·R)，得到第1个脉冲重复周期时的移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_rcf，其中，K_c＝209.4395，k为自变量，其取值由公式k＝0.0017·n获得，其中，n为自然数，n＝1，...，N₀。

将本步骤获得的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示F₁与移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref逐点相乘，得到场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示G₁。

步骤五、变尺度逆傅立叶变换。

利用公式α＝LOS_T+LOS_R，得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α＝[-0.0181，-0.8158，1.8165]；利用公式 $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&beta;}}=\frac{{\stackrel{}{V}}_T}{R_T}+\frac{{\stackrel{}{V}}_R}{R_R}\text{,}$ 得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效平台运动角速度方向β＝[0.0667，0.0089，0]，。将本步获得的移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第一个中间变量a＝-0.8158；将本步获得的移变模式双基地合成孔径雷达平台运动角速度方向β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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第二个中间变量b＝0.0089。采用公式N＝round(N₀/(a+b·1/PRF))，得到第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数N＝2942。在场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域G₁后补充542点零构成进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的2942点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域

将进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的2942点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域进行传统意义上的2942点逆傅立叶变换，得到变尺度逆傅立叶变换后的2942点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁。从2942点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁中选择前2400点数据，得到去除冗余点后的双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤六：方位相位补偿。

利用公式 $f_{\mathrm{ref}}^a\left(x\right)=\exp (j2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;x\&CenterDot;0.0268),$ 获得用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数

其中，x为整数型自变量，x＝-1200，...，1200。将本步得到的用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数和第六步得到的变尺度逆傅立叶变换后的2400点去除冗余点后的双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

相乘，得到方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤七：依次选取合成孔径雷达空间中的每个平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂＝[0，1，0]的线型区域，重复步骤三到步骤六，直到获得合成孔径雷达空间中的所有平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂＝[0，1，0]的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

将所有合成孔径雷达空间中的所有平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂＝[0，1，0]的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据I₁组合，得到第一个脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的复图像M₁。

步骤八：依次选取合成孔径雷达每个脉冲重复周期，重复步骤二到步骤七，直到获得所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M₁，其中，i表示脉冲重复周期序号。

步骤九：将所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M₁逐点相加，得到移变模式双基地合成孔径雷达最终图像M。

通过本发明具体实施方式可以看出，本发明所提供的移变模式双基地合成孔径雷达成像方法能够实现移变模式双基地合成孔径雷达成像，且与移变模式双基地合成孔径雷达后向投影成像方法相比具有更小的运算量。

Claims (1)

1.一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法，其特征是它包括以下几个步骤：

步骤一、定义合成孔径雷达成像空间及初始化成像系统参数

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，记做ξ₁；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ξ1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ξ₂；

初始化成像系统参数包括：发射平台速度矢量，记做V_T，接收平台速度矢量，记做V_R，发射平台初始位置矢量，记做

接收平台初始位置矢量，记做

雷达发射电磁波的波数，记做K_c，雷达发射基带信号的信号带宽，记做B，雷达发射信号脉冲宽度，记做T_P，雷达接收波门持续宽度，记做T_o，雷达接收系统的采样频率，记做f_s，雷达系统的脉冲重复频率，记做PRF，发射雷达的波束指向矢量，记做LOS_T，接收雷达的波束指向矢量LOS_R及接收系统接收波门相对于发射信号发散波门的延迟，记做T_D；上述参数均为移变模式双基地合成孔径雷达系统的标准参数，其中，雷达发射电磁波的波数K_c，雷达发射基带信号的信号带宽B，雷达发射信号脉冲宽度T_P，雷达接收波门持续宽度T_o，雷达接收系统的采样频率f_s，雷达系统的脉冲重复频率PRF，发射雷达的波束指向矢量LOS_T，接收雷达的波束指向矢量LOS_R及接收系统接收波门相对于发射信号发射波门的延迟，记做T_D；在移变模式双基地合成孔径雷达设计过程中已经确定，其中，发射平台速度矢量V_T，接收平台速度矢量V_R，发射平台初始位置矢量

及接收平台初始位置矢量

在移变模式双基地合成孔径雷达观测方案设计中已经确定；根据移变模式双基地合成孔径雷达系统方案和移变模式双基地合成孔径雷达观测方案，移变模式双基地合成孔径雷达成像方法需要的初始化成像系统参数均为已知；

步骤二、移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行距离压缩

选取第一个脉冲重复周期内接收到的合成孔径雷达距离向回波信号，合成孔径雷达距离向回波信号用向量表示，记做D₁；采用合成孔径雷达标准距离压缩方法对接收到的移变模式双基地合成孔径雷达原始数据进行压缩，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据，记做E₁；

步骤三、合成孔径雷达成像空间中线形成像区域中心到收/发平台距离计算

利用公式Ω₁＝{y/y＝1·ξ₁+v·ξ₂}，选择合成孔径雷达成像空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线性区域，记做Ω₁，其中，y为三维向量，v为实数型变量，v的取值范围由合成孔径雷达成像空间的尺寸决定；合成孔径雷达成像空间中线形成像区域中心为v＝0时对应的空间中的点，其坐标利用公式计算y₁ ⁰＝1·ξ₁获得；利用步骤一中初始化得到的发射平台速度矢量V_T，接收平台速度矢量V_R，发射平台初始位置矢量

及接收平台初始位置矢量

采用公式

得到第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量P_T，采用公式

得到第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量P_R；利用第一个脉冲重复周期时发射平台的位置矢量P_T和第一个脉冲重复周期时接收平台的位置矢量P_R，采用公式R＝‖P_T-1·ξ₁‖2+‖P_R-1·ξ₁‖₂，得到合成孔径雷达场景中心到收/发平台距离R；

步骤四、移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿

对步骤二得到的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据E₁作N₀点的快速傅立叶变换，得到距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示，记做F₁，其中，N₀为距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据E₁的长度，可以用公式N₀＝round(T_o·f_s)获得，其中，函数round(·)表示采用四舍五入准则的取整操作；利用公式F_ref＝exp(-j·(K_c-k)·R)，得到第1个脉冲重复周期时的移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref，其中，K_c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＝4π·n·B/(c_light·N₀)获得，其中，n为自然数，n＝1，..，N₀，B为步骤一初始化的雷达发射基带信号的信号带宽，c_light为光速；

将获得的距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示F₁与移变模式双基地合成孔径雷达场景中心相位历史补偿参考函数F_ref相乘，得到场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域表示G₁；

步骤五、变尺度逆傅立叶变换

利用公式α＝LOS_T+LOS_R，得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α；利用公式

得到第一个脉冲重复周期时，移变模式双基地合成孔径雷达等效平台运动角速度方向β，其中，R_T为发射平台到场景中心的距离，可以用公式R_T＝‖P_T‖₂获得，R_R为接收平台到场景中心的距离，可以用公式R_R＝‖P_R‖₂获得；将获得的移变模式双基地合成孔径雷达等效雷达视线方向α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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第一个中间变量a；将获得的移变模式双基地合成孔径雷达平台运动角速度方向β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ξ₂作内积，得到用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第二个中间变量b；采用公式N＝round(N₀/(a+b·1/PRF))，得到第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数N；比较第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数N与距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据长度N₀的大小，如果N小于等于N₀，则选取场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域G₁的前N点数据构成进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域

如果N大于N₀，则在场景中心相位历史补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域G₁后补充N-N₀点零构成进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域

将进行变尺度逆傅立叶变换的场景中心相位历史补偿后的N点移变模式双基地合成孔径雷达数据的频域进行N点逆傅立叶变换，得到变尺度逆傅立叶变换后的N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁；从N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据H₁中选择前N₀点数据，得到去除冗余点后的双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤六：方位相位补偿

利用公式

获得用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数

其中，x为整数型自变量，c_light为光速，b为第五步定义的用于计算变尺度逆傅立叶变换点数的第二个中间变量；将得到的用于移变模式双基地合成孔径雷达方位相位补偿的参考函数和第六步得到的变尺度逆傅立叶变换后的N点移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

相乘，得到方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

步骤七：利用公式Ω₂＝{y/y＝2·ξ₁+v·ξ₂}，选取合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域，记做Ω₂，重复步骤三到步骤六，直到获得所有合成孔径雷达空间中平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据，记做

其中，下标i表示合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域的序数；

步骤八：将所有合成孔径雷达空间中的所有平行于合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂的线型区域的方位相位补偿后的移变模式双基地合成孔径雷达距离压缩后时域数据

按照合成孔径雷达空间中与合成孔径雷达成像空间的第二个坐标基ξ₂平行的线型区域的序数i由小到大的顺序，依次排列，得到第一个脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的复图像M₁；

步骤九：选取合成孔径雷达每个脉冲重复周期，重复步骤二到步骤七，直到获得所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M_i，其中，i表示脉冲重复周期序号；

步骤十：将所有脉冲重复周期内的合成孔径成像空间内的图像M_i相加，得到移变模式双基地合成孔径雷达最终图像M。

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