CN108107432B - 基于时域扰动的高低轨双基sar保相成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，其主要思路为：确定高轨SAR卫星和低轨SAR卫星，高轨SAR卫星的检测范围内存在若干个目标，并确定地面场景中心处的目标为目标Po，分别计算得到目标Po的三维坐标位置、高轨SAR卫星的斜距矢量和低轨SAR卫星的斜距矢量；然后计算得到目标Po的单基等效速度，并据此得到一致距离徙动信号，进而得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号；计算得到一致方位调频率二维信号；再得到聚焦SAR二维信号；最后得到聚焦后的高低轨双基保相SAR图像，所述聚焦后的高低轨双基保相SAR图像为基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像结果。

Description

基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法
技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，适用于以高轨SAR卫星发射的合作信号作为主动照射源、低轨SAR卫星被动无源接收地面散射信号的双基SAR系统保相成像处理。
背景技术
星载合成孔径雷达(SAR)是微波遥感设备中发展最迅速和最有效的传感器之一，并且作为主动式传感器能不受光照和气候条件的限制，可实现全天时、全天候对地观测。
星载SAR平台主要分为地球同步轨道(高轨)SAR卫星和低轨道(低轨)SAR卫星，低轨SAR卫星轨道高度通常在500km～1000km，其空间分辨率高，可达亚米级，但重复观测周期长，必须大规模组网飞行以提高重访能力，低轨SAR卫星所在系统复杂成本高昂，在很大程度上限制了其应用；高轨SAR卫星的轨道高度为35786km，生存能力强，且地面覆盖范围广，重访周期短，可以做到实时或准实时观测，但空间分辨率较低，几乎不可能达到1m以内的分辨率。
近年来，以高轨SAR卫星作为主动照射源，低轨SAR卫星被动无源接收地面散射信号的高低轨双基SAR协同体制逐渐进入人们视野，该体制可实现高信噪比和高时空分辨率，且灵活性强、成本低、抗摧毁和抗干扰能力强，可实现轻型化、模块化及商业化。因此，高低轨双基SAR体制与当前星载SAR系统相比，可显著提高对地观测能力，具有广阔的应用前景；然而，目前国内外对该体制的研究尚处于起步阶段，仍面临许多新的技术难题。
星载SAR系统的诸多应用都是以SAR图像为基础，因此研究适用于高低轨双基SAR系统的成像处理技术势在必行；然而，该星载SAR系统在复杂双基成像几何关系下，对于场景中不同位置的目标，由于双基斜距历程在距离向和方位向都具有较强的空变性，造成回波信号的距离徙动和方位调频率严重空变，导致传统单基SAR成像方法失效；此外，高低轨双基SAR系统成像分辨率高，观测范围广，且星载SAR系统的诸多应用都是基于保相的SAR图像展开的，因此如何实现高低轨双基SAR高分辨率宽测绘带的保相成像也是一大挑战。
陈世超等在文章“一种大斜视下的同轨双基SAR成像方法”(西安电子科技大学学报，2014，41(3)：1-7)中提出一种大斜视下的同轨双基SAR成像方法，然而同轨双基SAR不存在方位调频率空变问题，因此该方法不适用于高低轨双基SAR系统；孟自强在其博士论文“双基前视高机动平台SAR系统特性及成像算法研究”(西安电子科技大学工学博士论文，2016)中提出了一种基于级数反演的双基SAR成像方法，然而成像范围较小，且未考虑方位调频率空变和保相性等问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，该种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法是针对高低轨双基SAR系统的成像处理技术，通过校正回波信号的距离徙动空变和方位调频率空变，实现高分辨率宽测绘带场景的良好聚焦效果和保相性能。
为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，包括以下步骤：
步骤1，确定高轨SAR卫星和低轨SAR卫星，高轨SAR卫星的检测范围内存在若干个目标，并确定地面场景中心处的目标为目标Po，分别计算目标Po的三维坐标位置、高轨SAR卫星的斜距矢量和低轨SAR卫星的斜距矢量；
步骤2，根据目标Po的三维坐标位置、高轨SAR卫星的斜距矢量和低轨SAR卫星的斜距矢量，计算目标Po的单基等效速度；
步骤3，根据目标Po的单基等效速度，得到一致距离徙动信号；
步骤4，根据一致距离徙动信号，得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号；
步骤5，根据二维离散采样的SAR回波距离向校正信号，得到一致方位调频率二维信号；
步骤6，根据一致方位调频率二维信号，得到聚焦SAR二维信号；
步骤7，根据聚焦SAR二维信号，得到聚焦后的高低轨双基保相SAR图像，所述聚焦后的高低轨双基保相SAR图像为基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像结果。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
第一，本发明对高低轨双基SAR成像处理同时考虑了距离徙动空变和方位调频率空变，采用了距离向和方位向二维时域扰动的方法进行校正，可达到良好的聚焦效果；
第二，本发明考虑了聚焦SAR图像的相位保持性能，对成像处理过程中产生的各阶残余相位进行补偿，使最终得到的SAR图像具有良好的保相性能，利于SAR后处理的相关应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法流程图；
图2为高低轨双基SAR系统对地观测几何示意图；
图3为高低轨SAR卫星与观测场景的构型示意图；
图4为点阵目标分布示意图；
图5(a)为所有点阵目标的成像结果图；
图5(b)为部分点目标成像结果剖面图；
图6(a)为目标1成像结果2D放大图；
图6(b)为目标3成像结果2D放大图；
图6(c)为目标15成像结果2D放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，为本发明的一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法流程图；其中所述基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，包括以下步骤：
步骤1，根据先验信息通过定位得到场景中心目标的三维坐标位置，并以此为参考目标，建立高低轨双基SAR系统的观测几何。
步骤1的子步骤为：
1a)确定高轨SAR卫星和低轨SAR卫星，分别将轨道高度为35786km，并搭载SAR传感器的卫星作为高轨SAR卫星；将轨道高度为500～1000km的卫星作为低轨SAR卫星。
高轨SAR卫星的检测范围内存在若干个目标，且高轨SAR卫星发射电磁波信号经地面场景反射后被低轨SAR卫星接收，低轨SAR卫星接收的是二维离散采样的SAR回波信号，所述二维离散采样的SAR回波信号为K×M维；K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数；其中地面场景是在高轨SAR卫星的检测范围内、且用于反射高轨SAR卫星发射电磁波信号的地面区域；并将地面场景中心处的目标记为目标Po。
确定地面场景最近时间τn，将高轨SAR卫星开始发射电磁波信号到低轨SAR卫星开始接收二维离散采样的SAR回波信号的延迟时间，记为地面场景最近时间τn，下标n为英语单词near的缩写；进而得到地面场景最近斜距Rn，Rn＝c·τn；根据最近斜距和回波距离向点数，可得到地面场景中心斜距Rref为：
Rref＝Rn+(c/fs)·(M/2)
其中，fs表示二维离散采样的SAR回波信号距离向的采样频率，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数，c表示电磁波在空间中的传播速度。
二维离散采样的SAR回波信号的每行数据分别对应1个方位时刻，进而对应得到K个方位时刻，将第k个方位时刻记为tk，其表达式为：
tk＝[-K/2+(k-1)]/PRF，k＝{1,2,...,K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数，PRF表示高轨SAR卫星发射信号的脉冲重复频率。
将二维离散采样的SAR回波信号的方位中心位置对应时刻记为方位中心时刻tref，其表达式为：
tref＝[-K/2+round(K/2)]/PRF
其中，round(·)表示四舍五入操作。
分别将第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置记为PG(tk)，将第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道速度记为VG(tk)，将第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置记为PL(tk)，将第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道速度记为VL(tk)；令k分别取1至K，进而得到第1个方位时刻t1的高轨SAR卫星轨道位置PG(t1)至第K个方位时刻tK的高轨SAR卫星轨道位置PG(tK)、第1个方位时刻t1的高轨SAR卫星轨道速度VG(t1)至第K个方位时刻tK的高轨SAR卫星轨道速度VG(tK)、第1个方位时刻t1的低轨SAR卫星轨道位置PL(tk)至第K个方位时刻tK的低轨SAR卫星轨道位置PL(tK)和第1个方位时刻t1的低轨SAR卫星轨道速度VL(tk)至第K个方位时刻tK的低轨SAR卫星轨道速度VL(tK)，并据此得到方位中心时刻tref的高轨SAR卫星轨道位置PG(tref)、方位中心时刻tref的高轨SAR卫星轨道速度VG(tref)、方位中心时刻tref的低轨SAR卫星轨道位置PL(tref)和方位中心时刻tref的低轨SAR卫星轨道速度VL(tref)。
建立地固坐标系，地固坐标系是以地球中心为原点、Z轴指向北极、X轴指向0°经线，Y轴根据右手定则确定，SAR定位是指在地固坐标系通过解算定位方程组得到目标Po的三维坐标位置。
根据上述参数，通过SAR定位的方式得到目标Po的三维坐标位置Po(xo,yo,zo)，所采用的定位方程组如下：
Figure BDA0001488538220000051
其中，||·||表示矢量取模操作，<·>表示矢量求内积操作，λ表示高轨SAR卫星发射电磁波信号的波长，fdc表示对地面场景成像时所采用的多普勒中心频率，Re表示地球赤道半径，Rp表示地球极地半径，h表示设定高程距离，本实施例中h取值为0；(xo,yo,zo)表示目标Po在地固坐标系中的三维坐标。
1b)将目标Po作为参考目标，并将参考目标设为坐标原点O，建立如图2所示的高低轨双基SAR对地观测几何模型示意图，在图2中，该参考目标所在的地球表切面为XOY平面，Z轴垂直于XOY平面指向地球表面外法线方向，X轴为低轨SAR卫星波束中心视线在XOY面的投影方向，Y轴由右手法则确定；高轨SAR卫星的入射角为θG，低轨SAR卫星的入射角为θL。
根据第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置PG(tk)和第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置PL(tk)，以及目标Po的三维坐标位置Po(xo,yo,zo)，分别得到第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星的斜距矢量RG(tk)和第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星的斜距矢量RL(tk)，其表达式分别为：
RG(tk)＝Po(xo,yo,zo)-PG(tk)
RL(tk)＝Po(xo,yo,zo)-PL(tk)。
步骤2，根据第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置PG(tk)、第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置PL(tk)和目标Po的三维坐标位置Po(xo,yo,zo)，计算目标Po在合成孔径时间内的双程斜距历程，并通过最小二乘算法对该双程斜距历程进行等效单基拟合，求得目标Po的单基等效速度。
步骤2的子步骤为：
2a)根据第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置PG(tk)、第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置PL(tk)和目标Po的三维坐标位置Po(xo,yo,zo)，计算目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)为：
Ro(ta)＝||PG(ta)-Po(xo,yo,zo)||+||PL(ta)-Po(xo,yo,zo)||
其中，-Ta/2≤ta-tref≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间，PG(ta)表示时间ta的高轨SAR卫星轨道位置，PL(ta)表示时间ta的低轨SAR卫星轨道位置。
2b)通过最小二乘法对目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)进行等效单基拟合，即将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距，进而得到目标Po在时间ta时的单基等效斜距历程Rref(ta)，其表达式为：
Rref(ta)＝(Ro(ta))2/4＝a·ta 2+b·ta+c
其中，a表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距二次项拟合系数，b表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距一次项拟合系数，c表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距常数项拟合系数；进而计算得到目标Po的单基等效速度Vref，其表达式为：
Figure BDA0001488538220000071
步骤3，在方位中心时刻tref下均匀选取二维离散采样的SAR回波信号的
Figure BDA0001488538220000072
个距离门对应的目标，本实施例中
Figure BDA0001488538220000073
为正整数，且
Figure BDA0001488538220000074
求得
Figure BDA0001488538220000075
个目标与tref方位时刻目标Po的单基等效斜距历程Rref(ta)的距离徙动差量，并通过数值拟合得到距离向时域扰动函数的系数，进而求得距离向时域扰动函数，再将高低轨双基SAR时域回波信号变换到距离时域-方位频域，并与该距离向时域扰动函数相乘，使得回波信号中所有场景目标的距离徙动量一致，得到一致距离徙动信号。
步骤3的子步骤为：
3a)二维离散采样的SAR回波信号为K×M维，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数，二维离散采样的SAR回波信号的每一列数据分别为1个距离门，进而对应得到M个距离门，每个距离门分别对应1个目标；
其中第m个距离门斜距为Rm，Rm＝Rn+(c/fs)·(m-1)，m＝{1,2,...,M}。
在方位中心时刻tref下的M个距离门中均匀选取
Figure BDA0001488538220000076
个距离门，
Figure BDA0001488538220000077
Figure BDA0001488538220000078
个距离门中的目标分别对应方位中心时刻tref，且
Figure BDA0001488538220000079
个距离门中第i个距离门斜距为Ri。
然后根据下式的定位方程组得到方位中心时刻tref下第i个距离门对应的目标三维位置Pi(xi,yi,zi)，其表达式为：
Figure BDA0001488538220000081
其中，
Figure BDA0001488538220000082
(xi,yi,zi)表示第i个距离门对应的目标在高低轨双基SAR对地观测几何模型中的三维坐标；根据图2所示的几何关系，计算得到方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标斜距历程Ri(ta)，其表达式为：
Ri(ta)＝||PG(ta)-Pi(xi,yi,zi)||+||PL(ta)-Pi(xi,yi,zi)||
其中，-Ta/2≤t≤Ta/2，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间，PG(ta)表示时间ta的高轨SAR卫星轨道位置，PL(ta)表示时间ta的低轨SAR卫星轨道位置，-Ta/2≤ta-tref≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，<·>表示矢量求内积操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间。
通过最小二乘法对方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标斜距历程Ri(ta)进行等效单基拟合，进而得到方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标单基斜距历程为
Figure BDA0001488538220000085
其表达式为：
Figure BDA0001488538220000083
其中，-Ta/2≤ta-tref≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间，ai表示对方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标斜距历程Ri(ta)进行等效单基拟合的二次项拟合系数，bi表示对方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标斜距历程Ri(ta)进行等效单基拟合的一次项拟合系数，ci表示对方位中心时刻tref时第i个距离门对应的目标斜距历程Ri(ta)进行等效单基拟合的常数项拟合系数，
Figure BDA0001488538220000084
然后计算得到方位中心时刻tref下第i个距离门对应的目标单基等效速度Vi，其表达式为：
Figure BDA0001488538220000091
3b)计算方位中心时刻tref下第i个距离门对应的目标三维位置Pi(xi,yi,zi)与目标Po的三维坐标位置Po(xo,yo,zo)的距离徙动差量△RCMi，其表达式为：
△RCMi＝max(Ri/[1/D(fa,Vi)-1/D(fref,Vi)]-Rref/[1/D(fa,Vref)-1/D(fref,Vref)])
其中，max(·)为取最大值操作，D(fa,Vi)表示第一中间变量，
Figure BDA0001488538220000092
fa表示二维离散采样的SAR回波信号方位向的采样频率，其取值范围为[-PRF/2,PRF/2]，PRF表示高轨SAR卫星发射电磁波信号的脉冲重复频率；λ表示高轨SAR卫星发射电磁波信号的波长，Vi表示第i个距离门对应的目标单基等效速度，D(fref,Vi)表示第二中间变量，
Figure BDA0001488538220000093
D(fa,Vref)表示第三中间变量，
Figure BDA0001488538220000094
D(fref,Vref)表示第四中间变量，
Figure BDA0001488538220000095
fref表示二维离散采样的SAR回波信号方位向中心频率，fref与fdc取值相等；Vref表示目标Po的单基等效速度，Ri表示
Figure BDA0001488538220000096
个距离门中第i个距离门斜距。
3c)将所述距离徙动差量△RCMi与
Figure BDA0001488538220000097
个距离门中第i个距离门斜距Ri做线性拟合，即△RCMi＝p1Ri，p1表示第一线性拟合系数。
然后对F＝max((Ri-Rref)[1/D(fa,Vref)-1/D(fref,Vref)])与
Figure BDA0001488538220000098
个距离门中第i个距离门斜距Ri做线性拟合，即F＝p2Ri，p2表示第二线性拟合系数；根据第一线性拟合系数p1和第二线性拟合系数p2，计算得到最终拟合系数p，p＝p1/p2，所述最终拟合系数p为常数。
3d)令距离向时域扰动函数为H1(τ)，H1(τ)＝exp{jπKp[τ-2Rref/c/D(fa,Vref)]2}；其中，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，τ表示距离向时间，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率，Rref表示地面场景中心斜距。
根据时域变标原理，得到距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率Kp为：
Kp＝pK′[D(fref,Vref)/D(fa,Vref)-1]/{(1-p)D(fref,Vref)/D(fa,Vref)+p}
其中，K′表示二维离散采样的SAR回波信号距离时域-方位频域的调频率，
K′＝Kr/{1-KrcRreffa 2/[2Vref 2fc 3D(fa,Vref)3]}，fc表示高轨SAR卫星发射信号的载频，Kr表示高轨SAR卫星发射信号的调频率，p表示最终拟合系数，D(fa,Vref)表示第三中间变量，D(fref,Vref)表示第四中间变量，fref表示二维离散采样的SAR回波信号方位向中心频率，Vref表示目标Po的单基等效速度。
3e)将二维离散采样的SAR回波信号做方位向快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，得到距离时域-方位频域SAR回波信号，并将距离时域-方位频域SAR回波信号与距离向时域扰动函数H1(τ)相乘，使得M个距离门对应的所有目标的距离徙动量一致，进而将相乘后的结果记为一致距离徙动信号。
步骤4，将一致距离徙动信号变换到二维频域，与距离向压缩函数与一致距离徙动校正函数相乘，再将信号变换到距离时域-方位频域，并与二次残余相位补偿函数相乘，将信号变换到二维时域，得到回波距离向校正信号。
步骤4的子步骤为：
4a)确定距离向压缩函数H2与一致距离徙动校正函数H3，然后对一致距离徙动信号做距离向快速傅里叶变换，变到二维频域，并将距离向快速傅里叶变换后的结果依次与距离向压缩函数H2、一致距离徙动校正函数H3相乘，完成距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正，进而得到距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正后的回波信号。
所述距离向压缩函数H2与一致距离徙动校正函数H3，其表达式为：
Figure BDA0001488538220000101
其中，fr表示二维离散采样的SAR回波信号距离向频率，其取值范围为[-fs/2,fs/2]，fs表示二维离散采样的SAR回波信号距离向的采样频率；c表示电磁波传播速度，Rref表示地面场景中心斜距，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率。
4b)确定M个距离门的二次残余相位补偿函数，将距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正后的回波信号做距离向逆快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，并将距离向逆快速傅里叶变换后的结果每一列分别与对应距离门的二次残余相位补偿函数相乘，再将相乘后的结果信号做方位向逆快速傅里叶变换，变到二维时域，进而得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号，所述二维离散采样的SAR回波距离向校正信号为K×M维。
将M个距离门的二次残余相位补偿函数中第m个距离门对应的二次残余相位补偿函数记为H4，其表达式为：
H4＝exp{-jπK′Kp[(Rm-Rref)/D(fa,Vref)]2/(K′+Kp)}
其中，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率，Rm表示第m个距离门斜距，m＝{1,2,...,M}，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数，与距离门个数取值相等；K′表示二维离散采样的SAR回波信号距离时域-方位频域的调频率，D(fa,Vref)表示第三中间变量。
步骤5，对每个距离门斜距分别均匀选取
Figure BDA0001488538220000111
个方位时刻，每个方位时刻包含方位中心时刻tref，
Figure BDA0001488538220000112
为大于0的正整数，
Figure BDA0001488538220000113
计算得到每个距离门内
Figure BDA0001488538220000114
个方位时刻对应所有目标与方位中心时刻tref对应目标的方位调频率差值，对所述方位调频率差值进行二阶多项式拟合，并随第k个方位时刻tk做二次积分，即得到每个距离门的方位向时域扰动函数，将该扰动函数与对应距离门的回波信号相乘，校正方位向的调频率空变，进而得到一致方位调频率二维信号。
步骤5的子步骤为：
5a)对于M个距离门中第m个距离门斜距Rm均匀选取
Figure BDA0001488538220000115
个方位时刻，每个方位时刻包含方位中心时刻tref，
Figure BDA0001488538220000116
为大于0的正整数，
Figure BDA0001488538220000117
其中将
Figure BDA0001488538220000118
个方位时刻中第
Figure BDA0001488538220000119
个方位时刻记为
Figure BDA00014885382200001114
通过下式定位方程组，定位得到第
Figure BDA00014885382200001111
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001112
对应的目标三维位置
Figure BDA00014885382200001113
其表达式为：
Figure BDA0001488538220000121
其中，
Figure BDA0001488538220000122
表示
Figure BDA0001488538220000123
个方位时刻中第
Figure BDA0001488538220000124
个方位时刻，
Figure BDA0001488538220000125
表示第
Figure BDA0001488538220000126
个方位时刻的高轨SAR卫星轨道位置，
Figure BDA0001488538220000127
表示第
Figure BDA0001488538220000128
个方位时刻的低轨SAR卫星轨道位置，
Figure BDA0001488538220000129
表示第
Figure BDA00014885382200001210
个方位时刻的高轨SAR卫星轨道速度，
Figure BDA00014885382200001211
表示第
Figure BDA00014885382200001212
个方位时刻的低轨SAR卫星轨道速度，
Figure BDA00014885382200001213
表示第
Figure BDA00014885382200001214
个方位时刻对应的目标在高低轨双基SAR对地观测几何模型中的三维坐标，||·||为矢量求模操作，<·>表示矢量求内积操作。
根据第
Figure BDA00014885382200001215
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001216
对应的目标三维位置
Figure BDA00014885382200001217
根据图2所示的几何关系，计算得到第
Figure BDA00014885382200001218
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001219
对应的目标斜距历程
Figure BDA00014885382200001220
其表达式为：
Figure BDA00014885382200001221
其中，-Ta/2≤ta-ti≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间。
通过最小二乘法对第
Figure BDA00014885382200001222
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001223
对应的目标斜距历程
Figure BDA00014885382200001224
进行等效单基拟合，进而得到第
Figure BDA00014885382200001225
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001226
对应的目标单基斜距历程
Figure BDA00014885382200001227
其表达式为：
Figure BDA00014885382200001228
其中，
Figure BDA00014885382200001229
表示对第
Figure BDA00014885382200001230
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001231
对应的目标斜距历程
Figure BDA00014885382200001232
进行等效单基拟合的二次项拟合系数，
Figure BDA00014885382200001233
表示对第
Figure BDA00014885382200001234
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001235
对应的目标斜距历程
Figure BDA00014885382200001236
进行等效单基拟合的一次项拟合系数，
Figure BDA00014885382200001237
表示对第
Figure BDA00014885382200001238
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001239
对应的目标斜距历程
Figure BDA00014885382200001240
进行等效单基拟合的常数项拟合系数。
然后计算得到第
Figure BDA00014885382200001241
个方位时刻
Figure BDA00014885382200001242
对应的目标单基等效速度
Figure BDA00014885382200001243
其表达式为：
Figure BDA00014885382200001244
5b)对于M个距离门中第m个距离门斜距Rm中的
Figure BDA0001488538220000131
个方位时刻，其中第
Figure BDA0001488538220000132
个方位时刻
Figure BDA0001488538220000133
对应的目标方位调频率为
Figure BDA0001488538220000134
其计算公式为：
Figure BDA0001488538220000135
通过下式计算得到第
Figure BDA0001488538220000136
个方位时刻
Figure BDA0001488538220000137
对应的目标方位调频率
Figure BDA0001488538220000138
与方位中心时刻tref对应的目标方位调频率差值
Figure BDA0001488538220000139
其计算公式为：
Figure BDA00014885382200001310
其中，Vref表示方位中心时刻tref对应的目标单基等效速度，Ka,ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率。
将所述目标方位调频率差值
Figure BDA00014885382200001311
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合，即得到
Figure BDA00014885382200001312
n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA00014885382200001313
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA00014885382200001314
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；根据一次拟合系数n1和二次拟合系数n2，计算得到M个距离门中第m个距离门的方位调频率差值△Ka(tk)，△Ka(tk)＝n1tk+n2tk 2，k＝{1,2,...,K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数。
5c)将M个距离门中第m个距离门的方位调频率差值△Ka(tk)对第k个方位时刻tk做二次积分，得到第m个距离门对应的方位向时域扰动函数H5，其表达式为：
H5＝exp[-j2π(n1tk 3/6+n2tk 4/12)]
其中，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位。
5d)将二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第m列数据与第m个距离门对应的方位向时域扰动函数H5相乘，校正方位向的调频率空变，进而得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第m列一致方位调频率信号。
5e)令m的值分别取1至M，重复执行5d)，进而分别得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第1列一致方位调频率信号至二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第M列一致方位调频率信号，并记为一致方位调频率二维信号，将m的值初始化为1；所述一致方位调频率二维信号为K×M维。
步骤6，将一致方位调频率二维信号变换到距离时域-方位频域，得到距离时域-方位频域二维信号，然后对距离时域-方位频域二维信号中的每个距离门乘以对应的方位压缩函数和相位补偿函数，进而得到聚焦SAR二维信号，所述聚焦SAR二维信号为K×M维。
具体地，6a)对一致方位调频率二维信号做方位向快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，得到距离时域-方位频域二维信号，所述距离时域-方位频域二维信号为K×M维。
6b)对距离时域-方位频域二维信号中的第m列数据依次乘以第m个距离门对应的方位压缩函数H6和第m个距离门对应的相位补偿函数H7，进而得到距离时域-方位频域二维信号中的第m列聚焦SAR信号。
其中，所述第m个距离门对应的方位压缩函数H6和第m个距离门对应的相位补偿函数H7，其表达式分别为：
Figure BDA0001488538220000141
其中，Vref表示方位中心时刻tref对应的目标单基等效速度，Ka,ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA0001488538220000142
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA0001488538220000143
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；D(fa,Vref)表示第三中间变量，Rm表示第m个距离门斜距，Ka,ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率。
6c)令m的值分别取1至M，重复执行6b)，进而分别得到距离时域-方位频域二维信号中的第1列聚焦SAR信号至距离时域-方位频域二维信号中的第M列聚焦SAR信号，并记为聚焦SAR二维信号，将m的值初始化为1；所述聚焦SAR二维信号为K×M维。
步骤7，将聚焦SAR二维信号变换到二维时域，补偿残余常数相位，进而得到聚焦后的高低轨双基保相SAR图像。
具体地，7a)对聚焦SAR二维信号做方位向逆快速傅里叶变换，变到二维时域，得到二维时域SAR信号，所述二维时域SAR信号为K×M维。
7b)将二维时域SAR信号中的第m列数据与第m个距离门对应的残余常数相位补偿函数H8相乘，补偿残余常数相位，进而得到二维时域SAR信号中的第m列残余常数相位补偿后数据。
所述第m个距离门对应的残余常数相位补偿函数H8，其表达式为：
H8＝exp[j2π(n1tk 3/6+n2tk 4/12)]·exp[-jπ(n1tk 2/2+n2tk 3/3)2/Ka,ref]。
其中，Ka,ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA0001488538220000151
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure BDA0001488538220000152
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；D(fa,Vref)表示第三中间变量，Rm表示第m个距离门斜距，Ka,ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，k＝{1,2,...,K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数。
7c)令m的值分别取1至M，重复执行7b)，进而分别得到二维时域SAR信号中的第1列残余常数相位补偿后数据至二维时域SAR信号中的第M列残余常数相位补偿后数据，所述二维时域SAR信号中的第1列残余常数相位补偿后数据至二维时域SAR信号中的第M列残余常数相位补偿后数据为聚焦后的高低轨双基保相SAR图像，所述聚焦后的高低轨双基保相SAR图像为基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像结果。
下面结合仿真实验对本发明的效果做进一步说明。
仿真采用的高低轨双基SAR轨道参数如表1所示，该参数下的高低轨SAR卫星与与地面场景的构型示意图如图3所示，其中高轨SAR卫星发射电磁波信号，电磁波信号经地场景面反射，低轨SAR卫星正侧视接收回波信号；采用的高低轨双基SAR系统参数如表2所示，该参数下的距离向和方位向分辨率都为1m左右(高分辨)；地面场景设置为28km×28km宽幅场景下均匀布置的5×5点阵目标，各点目标在地面场景中的分布如图4所示。
表1
Figure BDA0001488538220000153
表2
Figure BDA0001488538220000154
Figure BDA0001488538220000161
由上述仿真条件进行高低轨双基SAR回波仿真，并通过本发明的方法进行成像，所有点阵目标的成像结果如图5(a)所示；图5(b)为部分点目标成像结果剖面图，其中地面场景边缘处的三个目标(目标1、3和15)的成像结果2D放大图分别如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，部分点目标的成像质量指标如表3所示。
表3
Figure BDA0001488538220000162
从成像结果可看出，地面场景边缘处目标与地面场景中心处目标的距离向分辨率和方位向分辨率几乎相同，分辨率几乎不受影响；距离向的峰值旁瓣比约为-13.25dB左右，积分旁瓣比约为-10.28dB左右，都可实现很好的聚焦效果；方位向越靠近地面场景中心，聚焦效果越好，地面场景边缘目标峰值旁瓣比会有轻微抬高，但都低于-11.5dB，积分旁瓣比同样略有升高，但都低于-9dB，这可在成像处理中通过加窗的方式进一步降低；此外，从表3中还可看出，各点目标聚焦后的残余相位误差最大不超过8°，可满足后续处理(如干涉测高应用)需求。仿真实验证实了本发明可实现高低轨双基SAR高分宽幅场景的良好聚焦效果，且具有很好的保相性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，确定高轨SAR卫星和低轨SAR卫星，高轨SAR卫星的检测范围内存在若干个目标，并确定地面场景中心处的目标为目标Po，分别计算目标Po的三维坐标位置、高轨SAR卫星的斜距矢量和低轨SAR卫星的斜距矢量；
步骤2，根据目标Po的三维坐标位置、高轨SAR卫星的斜距矢量和低轨SAR卫星的斜距矢量，计算目标Po的单基等效速度；
步骤3，根据目标Po的单基等效速度，得到一致距离徙动信号；其过程为：
将二维离散采样的SAR回波信号做方位向快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，得到距离时域-方位频域SAR回波信号，并将距离时域-方位频域SAR回波信号与距离向时域扰动函数H1(τ)相乘，将相乘后的结果记为一致距离徙动信号；
所述距离向时域扰动函数H1(τ)，其表达式为：
Figure FDA0003001325580000011
其中，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，τ表示距离向时间，Rref表示地面场景中心斜距，D(fa，Vref)表示第三中间变量，
Figure FDA0003001325580000012
λ表示高轨SAR卫星发射电磁波信号的波长，fa表示二维离散采样的SAR回波信号方位向的采样频率，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率，c表示电磁波在空间中的传播速度；
步骤4，根据一致距离徙动信号，得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号，其过程为：
4a)确定距离向压缩函数H2与一致距离徙动校正函数H3，然后对一致距离徙动信号做距离向快速傅里叶变换，变到二维频域，并将距离向快速傅里叶变换后的结果依次与距离向压缩函数H2、一致距离徙动校正函数H3相乘，完成距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正，进而得到距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正后的回波信号；
所述距离向压缩函数H2与一致距离徙动校正函数H3，其表达式为：
Figure FDA0003001325580000013
其中，fr表示二维离散采样的SAR回波信号距离向频率，其取值范围为[-fs/2，fs/2]，fs表示二维离散采样的SAR回波信号距离向的采样频率；c表示电磁波传播速度，Rref表示地面场景中心斜距，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率，K′表示二维离散采样的SAR回波信号距离时域-方位频域的调频率，K′＝Kr/{1-KrcRreffa 2/[2Vref 2fc 3D(fa，Vref)3]}，fc表示高轨SAR卫星发射信号的载频，Kr表示高轨SAR卫星发射信号的调频率，fa表示二维离散采样的SAR回波信号方位向的采样频率，Vref表示目标Po的单基等效速度，fc表示高轨SAR卫星发射信号的载频，D(fa，Vref)表示第三中间变量；
4b)确定M个距离门的二次残余相位补偿函数，将距离向脉冲压缩和一致距离徙动校正后的回波信号做距离向逆快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，并将距离向逆快速傅里叶变换后的结果每一列分别与对应距离门的二次残余相位补偿函数相乘，再将相乘后的结果信号做方位向逆快速傅里叶变换，变到二维时域，进而得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号，所述二维离散采样的SAR回波距离向校正信号为K×M维；
将M个距离门的二次残余相位补偿函数中第m个距离门对应的二次残余相位补偿函数记为H4，其表达式为：
H4＝exp{-jπK′Kp[(Rm-Rref)/D(fa，Vref)]2/(K′+Kp)}
其中，Kp表示距离向时域扰动函数H1(τ)的调频率，Rm表示第m个距离门斜距，m＝{1，2，...，M}，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数，与距离门个数取值相等；
步骤5，根据二维离散采样的SAR回波距离向校正信号，得到一致方位调频率二维信号；其得到过程为：
5a)对于M个距离门中第m个距离门斜距Rm均匀选取
Figure FDA0003001325580000021
个方位时刻，每个方位时刻包含方位中心时刻tref，
Figure FDA0003001325580000022
为大于0的正整数，
Figure FDA0003001325580000023
其中将
Figure FDA0003001325580000024
个方位时刻中第
Figure FDA0003001325580000025
个方位时刻记为
Figure FDA0003001325580000026
通过下式定位方程组，定位得到第
Figure FDA0003001325580000027
个方位时刻
Figure FDA0003001325580000028
对应的目标三维位置
Figure FDA0003001325580000029
其表达式为：
Figure FDA0003001325580000031
其中，
Figure FDA0003001325580000032
表示
Figure FDA0003001325580000033
个方位时刻中第
Figure FDA0003001325580000034
个方位时刻，
Figure FDA0003001325580000035
表示第
Figure FDA0003001325580000036
个方位时刻的高轨SAR卫星轨道位置，
Figure FDA0003001325580000037
表示第
Figure FDA0003001325580000038
个方位时刻的低轨SAR卫星轨道位置，
Figure FDA0003001325580000039
表示第
Figure FDA00030013255800000310
个方位时刻的高轨SAR卫星轨道速度，
Figure FDA00030013255800000311
表示第
Figure FDA00030013255800000312
个方位时刻的低轨SAR卫星轨道速度，
Figure FDA00030013255800000313
表示第
Figure FDA00030013255800000314
个方位时刻对应的目标在高低轨双基SAR对地观测几何模型中的三维坐标；
根据第
Figure FDA00030013255800000315
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000316
对应的目标三维位置
Figure FDA00030013255800000317
计算得到第
Figure FDA00030013255800000318
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000319
对应的目标斜距历程
Figure FDA00030013255800000320
其表达式为：
Figure FDA00030013255800000321
其中，-Ta/2≤ta-ti≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，<·>表示矢量求内积操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间；
对第
Figure FDA00030013255800000322
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000323
对应的目标斜距历程
Figure FDA00030013255800000324
进行等效单基拟合，进而得到第
Figure FDA00030013255800000325
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000326
对应的目标单基斜距历程
Figure FDA00030013255800000327
其表达式为：
Figure FDA00030013255800000328
其中，
Figure FDA00030013255800000329
表示对第
Figure FDA00030013255800000330
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000331
对应的目标斜距历程
Figure FDA00030013255800000332
进行等效单基拟合的二次项拟合系数，
Figure FDA00030013255800000333
表示对第
Figure FDA00030013255800000334
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000335
对应的目标斜距历程
Figure FDA00030013255800000336
进行等效单基拟合的一次项拟合系数，
Figure FDA00030013255800000337
表示对第
Figure FDA00030013255800000338
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000339
对应的目标斜距历程
Figure FDA00030013255800000340
进行等效单基拟合的常数项拟合系数；
然后计算得到第
Figure FDA00030013255800000341
个方位时刻
Figure FDA00030013255800000342
对应的目标单基等效速度
Figure FDA00030013255800000343
其表达式为：
Figure FDA00030013255800000344
5b)对于M个距离门中第m个距离门斜距Rm中的
Figure FDA0003001325580000041
个方位时刻，其中第
Figure FDA0003001325580000042
个方位时刻
Figure FDA0003001325580000043
对应的目标方位调频率为
Figure FDA0003001325580000044
其计算公式为：
Figure FDA0003001325580000045
计算得到第
Figure FDA0003001325580000046
个方位时刻
Figure FDA0003001325580000047
对应的目标方位调频率
Figure FDA0003001325580000048
与方位中心时刻tref对应的目标方位调频率差值
Figure FDA0003001325580000049
其计算公式为：
Figure FDA00030013255800000410
其中，Vref表示方位中心时刻tref对应的目标单基等效速度，Ka，ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率；
将所述目标方位调频率差值
Figure FDA00030013255800000411
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合，即
Figure FDA00030013255800000412
n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA00030013255800000413
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA00030013255800000414
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；根据一次拟合系数n1和二次拟合系数n2，计算得到M个距离门中第m个距离门的方位调频率差值ΔKa(tk)，ΔKa(tk)＝n1tk+n2tk 2，k＝{1，2，...，K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数；
5c)将M个距离门中第m个距离门的方位调频率差值ΔKa(tk)对第k个方位时刻tk做二次积分，得到第m个距离门对应的方位向时域扰动函数H5，其表达式为：
H5＝exp[-j2π(n1tk 3/6+n2tk 4/12)]
其中，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位；
5d)将二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第m列数据与第m个距离门对应的方位向时域扰动函数H5相乘，校正方位向的调频率空变，进而得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第m列一致方位调频率信号；
5e)令m的值分别取1至M，重复执行5d)，进而分别得到二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第1列一致方位调频率信号至二维离散采样的SAR回波距离向校正信号中的第M列一致方位调频率信号，并记为一致方位调频率二维信号，将m的值初始化为1；所述一致方位调频率二维信号为K×M维；步骤6，根据一致方位调频率二维信号，得到聚焦SAR二维信号；其过程为：
6a)对一致方位调频率二维信号做方位向快速傅里叶变换，变到距离时域-方位频域，得到距离时域-方位频域二维信号，所述距离时域-方位频域二维信号为K×M维；
6b)对距离时域-方位频域二维信号中的第m列数据依次乘以第m个距离门对应的方位压缩函数H6和第m个距离门对应的相位补偿函数H7，进而得到距离时域-方位频域二维信号中的第m列聚焦SAR信号；
其中，所述第m个距离门对应的方位压缩函数H6和第m个距离门对应的相位补偿函数H7，其表达式分别为：
Figure FDA0003001325580000051
其中，Vref表示方位中心时刻tref对应的目标单基等效速度，Ka，ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA0003001325580000052
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA0003001325580000053
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；D(fa，Vref)表示第三中间变量，Rm表示第m个距离门斜距，Ka，ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率；
6c)令m的值分别取1至M，重复执行6b)，进而分别得到距离时域-方位频域二维信号中的第1列聚焦SAR信号至距离时域-方位频域二维信号中的第M列聚焦SAR信号，并记为聚焦SAR二维信号，将m的值初始化为1；所述聚焦SAR二维信号为K×M维；步骤7，根据聚焦SAR二维信号，得到聚焦后的高低轨双基保相SAR图像，所述聚焦后的高低轨双基保相SAR图像为基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像结果；其过程为：
7a)对聚焦SAR二维信号做方位向逆快速傅里叶变换，变到二维时域，得到二维时域SAR信号，所述二维时域SAR信号为K×M维；
7b)将二维时域SAR信号中的第m列数据与第m个距离门对应的残余常数相位补偿函数H8相乘，补偿残余常数相位，进而得到二维时域SAR信号中的第m列残余常数相位补偿后数据；
所述第m个距离门对应的残余常数相位补偿函数H8，其表达式为：
H8＝exp[j2π(n1tk 3/6+n2tk 4/12)]·exp[-jπ(n1tk 2/2+n2tk 3/3)2/Ka，ref]
其中，Ka，ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，n1表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA0003001325580000061
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的一次拟合系数，n2表示将所述目标方位调频率差值
Figure FDA0003001325580000062
对第k个方位时刻tk进行二阶拟合的二次拟合系数；D(fa，Vref)表示第三中间变量，Rm表示第m个距离门斜距，Ka，ref表示方位中心时刻tref对应的目标方位向调频率，exp(·)表示指数函数，j表示虚数单位，k＝{1，2，...，K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数；
7c)令m的值分别取1至M，重复执行7b)，进而分别得到二维时域SAR信号中的第1列残余常数相位补偿后数据至二维时域SAR信号中的第M列残余常数相位补偿后数据，所述二维时域SAR信号中的第1列残余常数相位补偿后数据至二维时域SAR信号中的第M列残余常数相位补偿后数据为聚焦后的高低轨双基保相SAR图像。
2.如权利要求1所述的一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述目标Po，其确定过程为：
高轨SAR卫星的检测范围内存在若干个目标，且高轨SAR卫星发射电磁波信号经地面场景反射后被低轨SAR卫星接收，低轨SAR卫星接收的是二维离散采样的SAR回波信号，所述二维离散采样的SAR回波信号为K×M维；K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数，M表示二维离散采样的SAR回波信号距离向采样点数；其中地面场景是在高轨SAR卫星的检测范围内、且用于反射高轨SAR卫星发射电磁波信号的地面区域；并将地面场景中心处的目标记为目标Po；
所述目标Po的三维坐标位置为Po(xo，yo，zo)，所述高轨SAR卫星的斜距矢量为RG(tk)，所述低轨SAR卫星的斜距矢量为RL(tk)，其表达式分别为：
Figure FDA0003001325580000071
RG(tk)＝Po(xo，yo，zo)-PG(tk)
RL(tk)＝Po(xo，yo，zo)-PL(tk)
其中，将二维离散采样的SAR回波信号的方位中心位置对应时刻记为方位中心时刻tref，tref＝[-K/2+round(K/2)]/PRF，PG(tref)表示方位中心时刻tref的高轨SAR卫星轨道位置，PL(tref)表示方位中心时刻tref的低轨SAR卫星轨道位置，VG(tref)表示方位中心时刻tref的高轨SAR卫星轨道速度，VL(tref)表示方位中心时刻tref的低轨SAR卫星轨道速度，PG(tk)表示第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置，tk＝[-K/2+(k-1)]/PRF，k＝{1，2，...，K}，K表示二维离散采样的SAR回波信号方位向采样点数，PRF表示高轨SAR卫星发射信号的脉冲重复频率，PL(tk)表示第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置，||·||表示矢量取模操作，<·>表示矢量求内积操作，λ表示高轨SAR卫星发射电磁波信号的波长，fdc表示对地面场景成像时所采用的多普勒中心频率，Rref表示地面场景中心斜距，Rn＝c·τn，c表示电磁波在空间中的传播速度，τn表示地面场景最近时间，所述地面场景最近时间为高轨SAR卫星开始发射电磁波信号到低轨SAR卫星开始接收二维离散采样的SAR回波信号的延迟时间；Re表示地球赤道半径，Rp表示地球极地半径，h表示设定高程距离，(xo，yo，zo)表示目标Po在地固坐标系中的三维坐标；所述地固坐标系是以地球中心为原点、Z轴指向北极、X轴指向0°经线，Y轴根据右手定则确定的坐标系。
3.如权利要求2所述的一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，其特征在于，在步骤2中，所述目标Po的单基等效速度，其得到过程为：
2a)根据第k个方位时刻tk的高轨SAR卫星轨道位置PG(tk)、第k个方位时刻tk的低轨SAR卫星轨道位置PL(tk)和目标Po的三维坐标位置Po(xo，yo，zo)，计算目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)为：
Ro(ta)＝||PG(ta)-Po(xo，yo，zo)||+||PL(ta)-Po(xo，yo，zo)||
其中，-Ta/2≤ta-tref≤Ta/2，||·||为矢量求模操作，Ta表示高轨SAR卫星和低轨SAR卫星的合成孔径时间，PG(ta)表示时间ta的高轨SAR卫星轨道位置，PL(ta)表示时间ta的低轨SAR卫星轨道位置；
2b)对目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)进行等效单基拟合，进而得到目标Po在时间ta时的单基等效斜距历程Rref(ta)，其表达式为：
Rref(ta)＝(Ro(ta))2/4＝a·ta 2+b·ta+c
其中，a表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距二次项拟合系数，b表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距一次项拟合系数，c表示将目标Po在时间ta时的双程斜距历程Ro(ta)拟合为单基SAR体制下的斜距常数项拟合系数；进而计算得到目标Po的单基等效速度Vref，其表达式为：
Figure FDA0003001325580000081
4.如权利要求1所述的一种基于时域扰动的高低轨双基SAR保相成像方法，其特征在于，所述
Figure FDA0003001325580000083
表示第
Figure FDA0003001325580000082
个方位时刻对应的目标在高低轨双基SAR对地观测几何模型中的三维坐标，其中高低轨双基SAR对地观测几何模型是将目标Po作为参考目标，并将参考目标设为坐标原点O建立高低轨双基SAR对地观测几何模型，参考目标所在的地球表切面为XOY平面，Z轴垂直于XOY平面指向地球表面外法线方向，X轴为低轨SAR卫星波束中心视线在XOY面的投影方向，Y轴由右手法则确定；高轨SAR卫星的入射角为θG，低轨SAR卫星的入射角为θL。
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