CN113009484A - 一种双基地低频超宽带csar成像方法 - Google Patents

一种双基地低频超宽带csar成像方法 Download PDF

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CN113009484A CN202110240923.4A CN202110240923A CN113009484A CN 113009484 A CN113009484 A CN 113009484A CN 202110240923 A CN202110240923 A CN 202110240923A CN 113009484 A CN113009484 A CN 113009484A
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谢洪途
邹鹏
王国倩
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Sun Yat Sen University
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
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Abstract

本发明提供一种双基地低频超宽带CSAR高效高精度成像方法。技术方案是：首先，将雷达的全孔径分别划分为若干个子孔径，接着推导初始子图像网格的采样间隔并生成初始子图像网格，再将与子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到初始子图像网格，从而相干叠加生成初始子图像；然后，进行循环递归的子孔径合并，接着推导新的子图像网格采样间隔并生成新的子图像网格，再将上一级旧的子图像插值到下一级新的子图像网格，从而相干叠加生成下一级新的子图像；最后，将雷达所有子孔径分别合成一个全孔径，接着根据图像分辨率对成像场景进行划分并生成成像场景网格，再将最后一级的子图像投影到成像场景网格，从而相干叠加生成双基地低频超宽带CSAR图像。本发明方案适用于双基地低频超宽带CSAR成像处理，能够保持高精度成像的同时提高成像效率。

Description

一种双基地低频超宽带CSAR成像方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，更具体地，涉及一种双基地低频超宽带CSAR成像方法。
背景技术
在现代战争中，作战双方越来越注重对己方军事目标的隐蔽，同时提高对敌方隐蔽军事目标的探测侦察能力。因此，对隐蔽目标探测技术的研究能为我国新型战场侦察/制导武器装备的研制提供重要的理论和技术支持，具有重要的军事意义。此外，我国边境地理形势复杂，很多区域丛林密布，这为邻国在边境附近布设军事目标和调整军事防务提供了便利。由于具有丛林遮蔽，常规雷达系统无法穿透丛林对敌方进行有效探测侦察。因此，迫切需要研究先进体制雷达系统与技术，以提高对隐蔽军事目标的探测侦察能力。
低频超宽带合成孔径雷达(SAR)具有良好叶簇穿透探测性能和高分辨成像能力，已成为隐蔽目标探测侦察的重要手段。目前，国内已经开展了单基地低频超宽带SAR系统的研制，并作为我国某新型战场侦察/制导雷达已列装部队。但是，单基地低频超宽带SAR系统存在以下不足：(1)收发系统共用平台，安全性较差，抗干扰能力较弱；(2)叶簇穿透性能与作用距离成反比，导致探测侦察距离受限；(3)为了获取方位向高分辨率，需较长合成孔径；(4)只能接收目标的后向散射信息，对隐蔽目标的探测侦察性能受限；(5)由于天线基线长度等限制，降低了对隐蔽运动目标的探测侦察能力。
低频超宽带圆周SAR(CSAR)是一种圆周轨迹的低频超宽带SAR成像模式，在成像过程中天线波束始终指向观测场景，同时所搭载的雷达环绕观测场景作360°圆周运动。该模式的全方位观测可获得目标更多维度的散射信息。此外，观测方位角的增加展宽了目标方位频谱，从而获取得更高的图像分辨率，且具有一定的三维成像能力。近年来，国内外已开展大量的低频超宽带CSAR研究，并获得了良好的实验结果。此外，与直线轨迹低频超宽带SAR系统相比，低频超宽带CSAR系统具有更好的丛林隐蔽目标(如车辆)检测能力。双基地低频超宽带CSAR结合低频超宽带CSAR和双基地SAR的优势，是一种具有穿透叶簇对隐蔽目标全方位高分辨率成像能力，同时具备较高安全性和较强抗干扰能力的战场侦察/制导雷达系统。该雷达系统具备全方位探测能力、分辨率高、安全性高、探测距离大、隐蔽(运动)目标探测侦察能力强等优点，能满足对战场隐蔽目标的全方位高分辨率探测与侦察。
但是，复杂成像几何、较低频段信号、较大相对带宽和圆周合成孔径给双基地低频超宽带CSAR的成像处理带来了新的问题与挑战，如回波数据量较大、方位空变性较大、距离方位耦合性较强和运动误差较复杂等，这极大地增加了双基地低频超宽带CSAR高精度成像的难度和复杂度。
目前，现有的双基地SAR成像方法主要包含两大类：频域成像方法与时域成像方法。频域成像方法具有较高成像效率，但是对信号带宽、积累时间、运动误差、近似处理和存储要求等存在一定的限制。常用的频域成像方法(如距离-多普勒(RD)算法，波数域(WD)算法和线性调频变标(CS)算法等)仅适用于方位移不变双基地SAR的高效高精度成像。非线性调频变标(NLCS)算法虽然能实现方位移变双基地SAR的成像处理，但是它采用较大近似方法处理回波信号的方位空变性、距离方位耦合性和运动误差，导致双基地SAR成像处理存在较大的相位误差，从而难以获得良好聚焦的双基地SAR图像。因此，NLCS算法不适用于双基地低频超宽带CSAR的高效高精度成像。
与频域成像方法相比，时域成像方法(如后向投影(BP)算法)理论上无任何近似处理，成像精度高，能够适用于任意成像构型、任意信号波形双基地SAR的成像处理。因此，BP算法能够精确处理双基地低频超宽带CSAR回波信号的较大方位空变性、较强距离方位耦合性和较复杂运动误差，从而实现双基地低频超宽带CSAR的高精度成像。但是，BP算法具有极大的运算量，从而降低了其成像效率，因此BP算法不能作为标准成像方法来有效实现SAR高效高精度成像处理。为了克服BP算法高运算量的缺点，A.F.Yegulalp和L.M.H.Ulander等学者在单基地SAR成像处理中分别实现了高效BP算法，采用局部近似处理和递归孔径划分处理，能保持高精度成像的同时提高成像效率。高效BP算法主要包括快速BP(FBP)算法和快速因式分解BP(FFBP)算法。目前，Y.Ding、L.M.H.Ulander和V.T.Vu等学者已将FBP算法和FFBP算法扩展应用于双基地SAR的成像处理，并获得了良好聚焦的双基地SAR图像。然而，上述高效BP算法主要针对直线轨迹双基地SAR成像处理提出的，并不适用于双基地低频超宽带CSAR的高效高精度成像。因此，如何解决适用于双基地低频超宽带CSAR的高效高精度成像方法正是一个亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种高效高精度的双基地低频超宽带CSAR成像方法。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种双基地低频超宽带CSAR成像方法，包括以下步骤：
S1：选定一个运动雷达和一个固定雷达，其中，运动雷达合成孔径的孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径数为l，则L＝lK；
S2：对运动雷达和固定雷达进行子孔径划分与初始子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第1级处理；
S3：对步骤S2得到的数据进行循环递归子孔径合并与子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第k级处理；
S4：对步骤S3得到的数据进行全孔径合并与最终图像生成。
进一步地，所述步骤S2的具体过程是：
1)、将运动雷达的合成孔径划分为
Figure BDA0002962107190000031
个子孔径，每个子孔径包含l个孔径点数，第n个子孔径，
Figure BDA0002962107190000032
Figure BDA0002962107190000033
为第1级第n个子孔径中心对应的角度，
Figure BDA0002962107190000034
为第1级第n个子孔径对应的积累角；角度
Figure BDA0002962107190000035
时，运动雷达的位置为
Figure BDA0002962107190000036
角度
Figure BDA0002962107190000037
时，运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure BDA0002962107190000038
和
Figure BDA0002962107190000039
其大小分别为
Figure BDA00029621071900000310
和
Figure BDA00029621071900000311
2)、设第1级第n个初始子图像网格的网格原点为第1级第n个子孔径中心，第1级第n个初始子图像网格用
Figure BDA00029621071900000312
表示，其中，极距
Figure BDA00029621071900000313
为角度
Figure BDA00029621071900000314
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure BDA00029621071900000315
为距离向量
Figure BDA00029621071900000316
和单位向量
Figure BDA00029621071900000317
之间的夹角，即：
Figure BDA00029621071900000318
其中，
Figure BDA00029621071900000319
的原点为第1级第n个子孔径中心，方向与角度
Figure BDA00029621071900000320
时速度
Figure BDA00029621071900000321
相反，即：
Figure BDA00029621071900000322
第1级第n个初始子图像网格的极距采样间隔
Figure BDA0002962107190000041
和极角采样间隔
Figure BDA0002962107190000042
满足下述约束条件：
Figure BDA0002962107190000043
其中，λmin为雷达信号最小波长，
Figure BDA0002962107190000044
为第1级第n个子孔径的最大弧长，c为光速；
3)、将第1级第n个子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到第1级第n个初始子图像网格
Figure BDA0002962107190000045
并相干叠加生成第1级第n个初始子图像，即：
Figure BDA0002962107190000046
其中，
Figure BDA0002962107190000047
为第1级第n个初始子图像中网格点
Figure BDA0002962107190000048
的值，
Figure BDA0002962107190000049
为角度φ时运动雷达和固定雷达到第1级第n个初始子图像网格
Figure BDA00029621071900000410
的双程距离，
Figure BDA00029621071900000411
为角度φ时运动雷达和固定雷达到点目标P的双程距离。
进一步地，所述步骤S3的具体过程是：
1)、每l个第k-1级子孔径合并成一个第k级子孔径，对于第k级第q个子孔径，
Figure BDA00029621071900000412
设第k级第q个子图像网格的网格原点为第k级第q个子孔径中心，第k级第q个子图像网格用
Figure BDA00029621071900000413
表示；
2)、设
Figure BDA00029621071900000414
为第k级第q个子孔径中心对应的角度，角度
Figure BDA00029621071900000415
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure BDA00029621071900000416
和
Figure BDA00029621071900000417
其大小分别为
Figure BDA00029621071900000418
和
Figure BDA00029621071900000419
其中，极距
Figure BDA00029621071900000420
为角度
Figure BDA00029621071900000421
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure BDA00029621071900000422
为距离向量
Figure BDA00029621071900000423
和单位向量
Figure BDA00029621071900000424
之间的夹角，即：
Figure BDA00029621071900000425
其中，
Figure BDA00029621071900000426
的原点为第k级第q个子孔径中心，方向与角度
Figure BDA00029621071900000427
时速度
Figure BDA00029621071900000428
相反，即：
Figure BDA0002962107190000051
第k级第q个子图像网格的极距采样间隔
Figure BDA0002962107190000052
和极角采样间隔
Figure BDA0002962107190000053
满足下述约束条件：
Figure BDA0002962107190000054
其中，
Figure BDA0002962107190000055
为第k级第q个子孔径的最大弧长；
3)将l个第k-1级第q个子图像依次插值到第k级第q个子图像网格
Figure BDA0002962107190000056
Figure BDA0002962107190000057
并相干叠加生成第k级第q个子图像，即：
Figure BDA0002962107190000058
其中，
Figure BDA0002962107190000059
为第k级第q个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000510
的值，
Figure BDA00029621071900000511
为第k-1级第p个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000512
的值，第k-1级第p个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000513
与第k级第q个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000514
的位置相对应。
进一步地，所述步骤S4具体过程是：
1)将l个第K-1级子孔径合并成一个第K级全孔径，首先在地面成像场景生成第K级图像网格，第K级图像网格用(x,y,0)表示，第K级图像网格的距离采样间隔Δx和方位采样间隔Δy满足下述约束条件：
Figure BDA00029621071900000515
其中，ρx和ρy分别为双基地低频超宽带CSAR图像的距离向和方位向分辨率；
2)、将l个第K-1级子图像依次插值到第K级图像网格(x,y,0)，并相干叠加生成第K级图像，即最终双基地低频超宽带CSAR图像：
Figure BDA00029621071900000516
其中，I(x,y,0)为第K级图像中网格点(x,y,0)的值，
Figure BDA00029621071900000517
为第K-1级第m个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000518
的值，m＝1,2,…,l，第K-1级第m个子图像中网格点
Figure BDA0002962107190000061
与第K级图像中网格点(x,y,0)的位置相对应。
进一步地，如果L＝lK不成立，根据需求先确定l的取值，若l＝4,或l＝8,再令
Figure BDA0002962107190000062
通过将L补零的方式改变L的取值，使得L＝lK。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明采用子孔径和子图像处理技术，能够有效解决双基地低频超宽带CSAR成像处理中较大方位空变性、较强距离方位耦合性和较复杂运动误差等问题，在保持高精度成像的同时，极大提高了成像处效率，从而实现了双基地低频超宽带CSAR的高效高精度成像，获得了高质量的聚焦双基地CSAR图像。该方法适用于各种搭载平台的双基地低频超宽带CSAR成像处理，如车载平台、机载平台和星载平台等。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明成像场景目标分布图；
图3为原始BP算法获得的成像结果；
图4为本发明方法获得的成像结果。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本发明提供一种双基地低频超宽带CSAR成像方法，包括以下步骤：
S1：选定一个运动雷达和一个固定雷达，其中，运动雷达合成孔径的孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径数为l，则L＝lK；
S2：对运动雷达和固定雷达进行子孔径划分与初始子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第1级处理；
S3：对步骤S2得到的数据进行循环递归子孔径合并与子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第k级处理；
S4：对步骤S3得到的数据进行全孔径合并与最终图像生成。
本发明以一站固定双基地低频超宽带CSAR成像为实例进行说明，该雷达系统包含一个机载运动雷达和一个位于山顶的固定雷达。慢时间η时刻，运动雷达的位置为rM(φ)＝(xM(φ),yM(φ),zM(φ))＝(Rxycos(φ),Rxysin(φ),zM)，φ∈[0,2π]为运动雷达的角度变量，且φ(η)＝VMη/Rxy。VM为η时刻运动雷达的速度，Rxy和ZM分别为运动雷达圆周轨迹的半径和高度。固定雷达的位置为rS＝(xS,yS,zS)。设P为成像场景中任意的点目标，其位置为rP＝(xP,yP,zP)。设r为成像场景中任意的网格采样点，其位置为r＝(x,y,z)。角度φ时，运动雷达和固定雷达到点目标P的距离分别为RM(φ,rP)和RS(rP)。因此，雷达信号从发射机出发到成像场景，经点目标P反射后，再到接收机的双程距离为：
R(φ,rP)＝RM(φ,rP)+RS(rP)＝|rP-rM(φ)|+|rP-rS|
角度φ时，运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离为：
R(φ,r)＝RM(φ,r)+RS(r)＝|r-rM(φ)|+|r-rS|
其中，RM(φ,r)和RS(r)分别为角度φ时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离。
假设雷达发射基带信号为p(τ)，经正交解调后，点目标P的回波信号为：
s(τ,φ)＝σPp[τ-R(φ,rP)/c]exp[-j(kMc(φ,rP)RM(φ,rP)+kSc(rP)RS(rP))]
＝σPp[τ-R(φ,rP)/c]exp[-jkcR(φ,rP)]
其中，τ为快时间，σP为点目标P的散射系数，kMc(φ,rP)和kSc(rP)分别为角度φ时运动雷达和固定雷达到点目标P的波数中心，kc＝2πfc/c为雷达信号波数中心，fc为雷达信号中心频率。因此，经过距离压缩后，点目标P的回波信号变为：
src(τ,φ)＝σPpr[B(τ-R(φ,rP)/c)]exp[-jkcR(φ,rP)]
其中，pr[·]为距离压缩脉冲包络，B为发射信号带宽。
设运动雷达合成孔径的孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径数为l，则L＝lK。实际应用中，如果L＝lK不成立，通常根据需求先确定l的取值，如l＝4,或l＝8,再令
Figure BDA0002962107190000071
可以通过将L补零的方式改变L的取值，使得L＝lK。
第一步，子孔径划分与初始子图像生成；
本步骤可视为第1级处理。第1级处理时，将运动雷达的合成孔径划分为
Figure BDA0002962107190000081
个子孔径，每个子孔径包含l个孔径点数。本发明采用椭圆极坐标方式表示子图像网格，使得在生成子图像时计算量较小。对第1级第n个子孔径，
Figure BDA0002962107190000082
Figure BDA0002962107190000083
为第1级第n个子孔径中心对应的角度，
Figure BDA0002962107190000084
为第1级第n个子孔径对应的积累角。角度
Figure BDA0002962107190000085
时，运动雷达的位置为
Figure BDA0002962107190000086
角度
Figure BDA0002962107190000087
时，运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure BDA0002962107190000088
和
Figure BDA0002962107190000089
其大小分别为
Figure BDA00029621071900000810
和
Figure BDA00029621071900000811
设第1级第n个初始子图像网格的网格原点为第1级第n个子孔径中心，第1级第n个初始子图像网格用
Figure BDA00029621071900000812
表示。其中，极距
Figure BDA00029621071900000813
为角度
Figure BDA00029621071900000814
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure BDA00029621071900000815
为距离向量
Figure BDA00029621071900000816
和单位向量
Figure BDA00029621071900000817
之间的夹角，即：
Figure BDA00029621071900000818
其中，
Figure BDA00029621071900000819
的原点为第1级第n个子孔径中心，方向与角度
Figure BDA00029621071900000820
时速度
Figure BDA00029621071900000821
相反，即：
Figure BDA00029621071900000822
第1级第n个初始子图像网格的极距采样间隔
Figure BDA00029621071900000823
和极角采样间隔
Figure BDA00029621071900000824
满足下述约束条件：
Figure BDA00029621071900000825
其中，λmin为雷达信号最小波长，
Figure BDA00029621071900000826
为第1级第n个子孔径的最大弧长，c为光速。
然后，将第1级第n个子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到第1级第n个初始子图像网格
Figure BDA00029621071900000827
并相干叠加生成第1级第n个初始子图像，即：
Figure BDA00029621071900000828
其中，
Figure BDA00029621071900000829
为第1级第n个初始子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000830
的值，
Figure BDA00029621071900000831
为角度φ时运动雷达和固定雷达到第1级第n个初始子图像网格
Figure BDA0002962107190000091
的双程距离，
Figure BDA0002962107190000092
为角度φ时运动雷达和固定雷达到点目标P的双程距离。
第二步，循环递归子孔径合并与子图像生成；
本步骤可视为第k级处理，k＝2,…,K-1。第k级处理时，每l个第k-1级子孔径合并成一个第k级子孔径。对于第k级第q个子孔径，
Figure BDA0002962107190000093
设第k级第q个子图像网格的网格原点为第k级第q个子孔径中心，第k级第q个子图像网格用
Figure BDA0002962107190000094
表示。
Figure BDA0002962107190000095
为第k级第q个子孔径中心对应的角度，角度
Figure BDA0002962107190000096
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure BDA0002962107190000097
和
Figure BDA0002962107190000098
其大小分别为
Figure BDA0002962107190000099
和
Figure BDA00029621071900000910
其中，极距
Figure BDA00029621071900000911
为角度
Figure BDA00029621071900000912
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure BDA00029621071900000913
为距离向量
Figure BDA00029621071900000914
和单位向量
Figure BDA00029621071900000915
之间的夹角，即：
Figure BDA00029621071900000916
其中，
Figure BDA00029621071900000917
的原点为第k级第q个子孔径中心，方向与角度
Figure BDA00029621071900000918
时速度
Figure BDA00029621071900000919
相反，即：
Figure BDA00029621071900000920
第k级第q个子图像网格的极距采样间隔
Figure BDA00029621071900000921
和极角采样间隔
Figure BDA00029621071900000922
满足下述约束条件：
Figure BDA00029621071900000923
其中，
Figure BDA00029621071900000924
为第k级第q个子孔径的最大弧长。
然后，将l个第k-1级第p个子图像依次插值到第k级第q个子图像网格
Figure BDA00029621071900000925
并相干叠加生成第k级第q个子图像，即：
Figure BDA00029621071900000926
其中，
Figure BDA00029621071900000927
为第k级第q个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000928
的值，
Figure BDA00029621071900000929
为第k-1级第p个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000930
的值，第k-1级第p个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000931
与第k级第q个子图像中网格点
Figure BDA00029621071900000932
的位置相对应。
第三步，全孔径合并与最终图像生成；
本步骤可视为第K级处理。第K级处理时，将l个第K-1级子孔径合并成一个第K级全孔径。首先在地面成像场景生成第K级图像网格，第K级图像网格用(x,y,0)表示，第K级图像网格的距离采样间隔Δx和方位采样间隔Δy满足下述约束条件：
Figure BDA0002962107190000101
其中，ρx和ρy分别为双基地低频超宽带CSAR图像的距离向和方位向分辨率。
然后，将l个第K-1级子图像依次插值到第K级图像网格(x,y,0)，并相干叠加生成第K级图像，即最终双基地低频超宽带CSAR图像：
Figure BDA0002962107190000102
其中，I(x,y,0)为第K级图像中网格点(x,y,0)的值，
Figure BDA0002962107190000103
为第K-1级第m个子图像中网格点
Figure BDA0002962107190000104
的值，m＝1,2,…,l，第K-1级第m个子图像中网格点
Figure BDA0002962107190000105
与第K级图像中网格点(x,y,0)的位置相对应。
通过仿真实验，对本发明双基地低频超宽带CSAR高效高精度成像方法进行了验证，理论分析和仿真实验结果证明了本发明的有效性。
在仿真实验中，本发明中系统参数如表1所示：
表1系统参数
参数 参数值 参数 参数值
中心频率 400MHz 固定站位置 (-1500,0,100)m
信号带宽 200MHz 运动站圆周轨迹高度 500m
采样率 220MHz 运动站圆周轨迹半径 1400m
脉宽 1us 运动站角速度 6°/s
脉冲重复频率 100Hz 场景大小 50m×50m
本发明中成像场景目标分布如图2所示。场景设置及目标布置如下：成像场景大小为50m×50m(X方向×Y方向)，在成像场景内共设置了5个点目标，并依次编号为A～E，其中点目标A位于成像场景中心，其它点目标分布在点目标A的周围，与点目标A的距离均为20m。
图3是原始BP算法获得的成像结果。其中水平方向为X轴(单位：米)，垂直方向为Y轴(单位：米)。图3(a)为整个场景的成像结果，图3(b)和3(c)分别为点目标A和C的成像结果。由图3可知，成像场景中所有点目标均实现了良好的聚焦，因此原始BP算法能够实现双基地低频超宽带CSAR的高精度成像。但是，原始BP算法计算量较大，从而成像效率较低。
图4是本发明获得的成像结果。其中水平方向为X轴(单位：米)，垂直方向为Y轴(单位：米)。图4(a)为整个场景的成像结果，图4(b)和4(c)分别为点目标A和C的成像结果。由图4可知，成像场景中所有点目标均实现了良好的聚焦，而且其聚焦效果与图3非常接近，因此本发明也能够实现双基地低频超宽带CSAR的高精度成像。
如表2所示，计算了点目标A和C的测量参数(分辨率和峰旁瓣比(PSLR))。从表2中可知，原始BP算法和本发明获得点目标A和C的测量参数几乎相同，达到预期的效果。因此，本发明获得点目标的聚焦性能与原始BP算法获得点目标的聚焦性能十分接近。为了证明本发明成像的高效性，在相同的仿真条件下测量了原始BP算法和本发明的运算时间，原始BP算法和本发明的运算时间分别是465.7s和46.6s。因此，本发明方法是一种双基地低频超宽带CSAR高效高精度成像方法。
表2点目标A和C的测量参数
Figure BDA0002962107190000111
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双基地低频超宽带CSAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选定一个运动雷达和一个固定雷达，其中，运动雷达合成孔径的孔径点数为L，将其因式分解为K级，每次合并的子孔径数为l，则L＝lK；
S2：对运动雷达和固定雷达进行子孔径划分与初始子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第1级处理；
S3：对步骤S2得到的数据进行循环递归子孔径合并与子图像生成，该过程视为对运动雷达和固定雷达的第k级处理；
S4：对步骤S3得到的数据进行全孔径合并与最终图像生成。
2.根据权利要求1所述的双基地低频超宽带CSAR成像方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程是：
1)、将运动雷达的合成孔径划分为
Figure FDA0002962107180000011
个子孔径，每个子孔径包含l个孔径点数，第n个子孔径，
Figure FDA0002962107180000012
Figure FDA0002962107180000013
为第1级第n个子孔径中心对应的角度，
Figure FDA0002962107180000014
为第1级第n个子孔径对应的积累角；角度
Figure FDA0002962107180000015
时，运动雷达的位置为
Figure FDA0002962107180000016
角度
Figure FDA0002962107180000017
时，运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure FDA0002962107180000018
和
Figure FDA0002962107180000019
其大小分别为
Figure FDA00029621071800000110
和
Figure FDA00029621071800000111
2)、设第1级第n个初始子图像网格的网格原点为第1级第n个子孔径中心，第1级第n个初始子图像网格用
Figure FDA00029621071800000112
表示，其中，极距
Figure FDA00029621071800000113
为角度
Figure FDA00029621071800000114
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure FDA00029621071800000115
为距离向量
Figure FDA00029621071800000116
和单位向量
Figure FDA00029621071800000117
之间的夹角，即：
Figure FDA00029621071800000118
其中，
Figure FDA00029621071800000119
的原点为第1级第n个子孔径中心，方向与角度
Figure FDA00029621071800000120
时速度
Figure FDA00029621071800000121
相反，即：
Figure FDA00029621071800000122
第1级第n个初始子图像网格的极距采样间隔
Figure FDA00029621071800000123
和极角采样间隔
Figure FDA00029621071800000124
满足下述约束条件：
Figure FDA0002962107180000021
其中，λmin为雷达信号最小波长，
Figure FDA0002962107180000022
为第1级第n个子孔径的最大弧长，c为光速；
3)、将第1级第n个子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到第1级第n个初始子图像网格
Figure FDA0002962107180000023
并相干叠加生成第1级第n个初始子图像，即：
Figure FDA0002962107180000024
其中，
Figure FDA0002962107180000025
为第1级第n个初始子图像中网格点
Figure FDA0002962107180000026
的值，
Figure FDA0002962107180000027
为角度φ时运动雷达和固定雷达到第1级第n个初始子图像网格
Figure FDA0002962107180000028
的双程距离，
Figure FDA0002962107180000029
为角度φ时运动雷达和固定雷达到点目标P的双程距离。
3.根据权利要求1所述的双基地低频超宽带CSAR成像方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是：
1)、每l个第k-1级子孔径合并成一个第k级子孔径，对于第k级第q个子孔径，
Figure FDA00029621071800000210
设第k级第q个子图像网格的网格原点为第k级第q个子孔径中心，第k级第q个子图像网格用
Figure FDA00029621071800000211
表示；
2)、设
Figure FDA00029621071800000212
为第k级第q个子孔径中心对应的角度，角度
Figure FDA00029621071800000213
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的距离向量分别为
Figure FDA00029621071800000214
和
Figure FDA00029621071800000215
其大小分别为
Figure FDA00029621071800000216
和
Figure FDA00029621071800000217
其中，极距
Figure FDA00029621071800000218
为角度
Figure FDA00029621071800000219
时运动雷达和固定雷达到网格采样点r的双程距离，极角
Figure FDA00029621071800000220
为距离向量
Figure FDA00029621071800000221
和单位向量
Figure FDA00029621071800000222
之间的夹角，即：
Figure FDA00029621071800000223
其中，
Figure FDA00029621071800000224
的原点为第k级第q个子孔径中心，方向与角度
Figure FDA00029621071800000225
时速度
Figure FDA00029621071800000226
相反，即：
Figure FDA00029621071800000227
第k级第q个子图像网格的极距采样间隔
Figure FDA0002962107180000031
和极角采样间隔
Figure FDA0002962107180000032
满足下述约束条件：
Figure FDA0002962107180000033
其中，
Figure FDA0002962107180000034
为第k级第q个子孔径的最大弧长；
3)将l个第k-1级第p个子图像依次插值到第k级第q个子图像网格
Figure FDA0002962107180000035
p＝1+(q-1)l，…，ql，并相干叠加生成第k级第q个子图像，即：
Figure FDA0002962107180000036
其中，
Figure FDA0002962107180000037
为第k级第q个子图像中网格点
Figure FDA0002962107180000038
的值，
Figure FDA0002962107180000039
为第k-1级第p个子图像中网格点
Figure FDA00029621071800000310
的值，第k-1级第p个子图像中网格点
Figure FDA00029621071800000311
与第k级第q个子图像中网格点
Figure FDA00029621071800000312
的位置相对应。
4.根据权利要求1所述的双基地低频超宽带CSAR成像方法，其特征在于，所述步骤S4具体过程是：
1)将l个第K-1级子孔径合并成一个第K级全孔径，首先在地面成像场景生成第K级图像网格，第K级图像网格用(x，y，0)表示，第K级图像网格的距离采样间隔Δx和方位采样间隔Δy满足下述约束条件：
Figure FDA00029621071800000313
其中，ρx和ρy分别为双基地低频超宽带CSAR图像的距离向和方位向分辨率；
2)、将l个第K-1级子图像依次插值到第K级图像网格(x，y，0)，并相干叠加生成第K级图像，即最终双基地低频超宽带CSAR图像：
Figure FDA00029621071800000314
其中，I(x，y，0)为第K级图像中网格点(x，y，0)的值，
Figure FDA00029621071800000315
为第K-1级第m个子图像中网格点
Figure FDA00029621071800000316
的值，m＝1，2，…，l，第K-1级第m个子图像中网格点
Figure FDA0002962107180000041
与第K级图像中网格点(x，y，0)的位置相对应。
5.根据权利要求1-4任一项所述的双基地低频超宽带CSAR成像方法，其特征在于，如果L＝lK不成立，根据需求先确定l的取值，若l＝4，或l＝8，再令
Figure FDA0002962107180000042
通过将L补零的方式改变L的取值，使得L＝lK。
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