CN118169683A - 基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视sar成像方法 - Google Patents

基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视sar成像方法 Download PDF

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CN118169683A CN202410208591.5A CN202410208591A CN118169683A CN 118169683 A CN118169683 A CN 118169683A CN 202410208591 A CN202410208591 A CN 202410208591A CN 118169683 A CN118169683 A CN 118169683A
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Abstract

本发明公开了一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，包括：构造基频回波信号，并进行距离维傅里叶变换和匹配滤波处理；对匹配滤波后的信号进行加速度分量、距离走动参考分量和多普勒中心补偿；利用keystone变换对信号进行残余走动校正处理，并对处理后的信号进行弯曲校正及距离维逆傅里叶变换，对信号进行方位非空变相位补偿、时域变标处理及方位维傅里叶变换；对信号进行频域变标处理及方位维逆傅里叶变换；对信号进行方位Deramp处理及方位维傅里叶变换，得到聚焦SAR图像。本发明分别从时域和频域引入变标函数，补偿了多普勒调频率的线性和二次空变分量以及三阶调频率的线性空变分量，得到了良好的聚焦结果。

Description

基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法
技术领域
本发明属于SAR成像技术领域，具体涉及一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法。
背景技术
双基合成孔径雷达(Bistatic Synthetic Aperture Radar，双基SAR)通过收发分置，能获得目标区域的非后向散射特性，进而获取更加丰富的场景信息，此外，基于收发分置的系统配置，双基SAR能够完成雷达前方区域的探测成像，从而打破单基SAR只能侧视观测的固有缺陷，扩展了SAR系统在侦察和探测等领域的应用。因此，双基前视SAR成为近些年研究的重点。
通过将发射机与接收机分置于不同的运动平台上，协同探测双基SAR可以通过信号的发射和回波的非后向接收，对任意位置实现高分辨成像，从而突破了传统单基SAR只能侧视成像的固有缺陷。相比于单基SAR，协同探测双基SAR所具备的优势能满足协同探测体系对SAR的需求。首先，由于收发分置，接收平台不再需要装配大功率发射机，因此接收平台的体积、重量和成本均能的得到良好的控制。其次，在协同化探测体系中，多平台之间可形成“一发多收”的多基SAR成像系统，获取不同视角下目标场景的散射信息，提供更加全面的目标特征。最重要的是，协同探测双基SAR弥补了传统单基SAR只能侧视成像的固有缺陷，其中最典型的双基前视模式能够通过合理的构型配置，在某一飞行平台前方区域形成良好的距离和多普勒分辨网格，得到该平台前方区域的高分辨二维图像，从而在其他平台辅助下实现了合成孔径雷达的前视成像。综上所述，双基前视SAR系统在协同探测方面有巨大潜力，是未来雷达应用的重要发展趋势之一。
现有基于非线性调频变标处理的双基前视SAR成像技术首先对回波信号进行匹配滤波处理，并将信号变换到距离频域进行走动校正与多普勒中心补偿处理；然后将信号变换到两维频域，以场景中心为参考进行距离弯曲校正；接着将信号变换到距离多普勒域，在距离多普勒域内引入非线性调频变标因子；随后将信号变换到两维时域，通过Deramp处理消除方位调频；最后将信号变换到距离多普勒域实现最终聚焦。
该成像技术未考虑平台机动性的影响，实际上，三维加速度会影响回波的多普勒调频率和高阶多普勒参数，进而导致频谱畸变，影响方位聚焦。该成像技术在二维频域中以场景中心为参考进行统一的距离弯曲校正，然而，由于散射点的位置空变性，其双基斜距历程各不相同，二维频域内不同散射点的弯曲特性也各有区别，统一进行距离弯曲校正会导致边缘点存在较大徙动残余。该成像技术在距离多普勒域内引入非线性调频变标因子来消除多普勒参数的方位空变性，然而该方法只能消除额定的一组空变分量，剩余的空变分量仍会导致不可忽略的相位误差，进而影响方位聚焦结果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，包括：
S1：构建面向机动平台的协同探测双基前视SAR成像几何模型，并得到双基SAR斜距历程；
S2：基于协同双基SAR成像的斜距历程构造基频回波信号，并进行距离维傅里叶变换和匹配滤波，获得匹配滤波后的信号；
S3：在距离频域内引入非理想运动轨迹补偿函数和距离走动校正与谱中心补偿函数，对所述匹配滤波后的信号进行加速度分量、距离走动参考分量和多普勒中心的补偿，得到预处理后的信号；
S4：在距离频域内引入keystone变换处理，利用keystone变换公式对所述预处理后的信号进行处理，得到无距离走动的信号；
S5：在距离频域内构建距离弯曲校正函数，对所述无距离走动的信号进行弯曲校正及距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号；
S6：在二维时域内构造高阶非空变相位补偿函数，对所述二维时域信号进行方位非空变相位补偿，得到相位补偿后的信号；
S7：在二维时域内构造时域变标函数，对所述相位补偿后的信号进行时域变标处理及方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号；
S8：在距离多普勒域中构造频域变标函数，对所述多普勒域信号进行频域变标处理及方位维逆傅里叶变换，得到扩展时间变标后的信号；
S9：在时域内构造方位Deramp函数，对所述扩展时间变标后的信号进行非线性相位一致补偿及方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的双基前视SAR图像。
在本发明的一个实施例中，所述S1包括：
S1.1：以成像场景中心点为坐标原点建立空间直角坐标系XOYZ，其中，X方向与Y方向分别表示水平面内任意垂直的两个方向，Z方向表示天向；
S1.2：定义发射平台和接收平台的方位角γ为斜距矢量地面投影分量与X轴正方向的夹角，擦地角β为波束矢量与地平面的夹角；
S1.3：以场景中心点为坐标原点在水平面内建立目标坐标系xOy，并获得协同双基SAR成像的斜距历程。
在本发明的一个实施例中，所述S2包括：
S2.1：利用接收天线接收来自目标区域的散射回波信号，经过正交解调处理后得到基带回波信号ss0(tr,tm)；
S2.2：利用驻定相位原理对所述基带回波信号ss0(tr，tm)进行距离维傅里叶变换，得到距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)；
S2.3：在距离频域方位时域内构造匹配滤波参考函数并将所述匹配滤波参考函数与所述距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)进行相乘，得到距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)，其中，Kr表示距离维调频率，fr表示距离频率变量。
在本发明的一个实施例中，所述S3包括：
S3.1：在距离频域方位时域内构造非理想运动轨迹补偿函数：
其中，fc表示发射信号的中心频率，c表示光速，fr表示距离频率变量，tm表示方位维慢时间变量，ki0_acc表示场景中心点双基斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数中的非理想运动轨迹分量；
S3.2：将所述非理想运动轨迹补偿函数与所述距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)进行相乘，得到加速度补偿后的信号Ss3(fr,tm)；
S3.3：在距离频域方位时域内构造距离走动校正与方位谱中心补偿函数：
其中，k10表示场景中心点(0,0)处斜距历程的一阶麦克劳林展开系数；
S3.4：将所述距离走动校正与方位谱中心补偿函数与所述加速度补偿后的信号Ss3(fr,tm)相乘，得到预处理后的信号Ss4(fr,tm)。
在本发明的一个实施例中，所述S4包括：
S4.1：在距离频域内构建keystone变换公式：
S4.2：将所述keystone变换公式带入所述预处理后的信号Ss4(fr,tm)进行化简，校正距离徙动的线性残余空变分量，得到无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)：
其中，Wr(fr)表示距离维频域窗函数，wa(t′m)表示t′m对应的方位维时域窗函数。
在本发明的一个实施例中，所述S5包括：
S5.1：将所述无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)的相位关于方位频率fr＝0进行麦克劳林级数展开，得到麦克劳林级数展开后的信号；
S5.2：以场景中心为参考构造距离弯曲校正函数：
其中，k′i0表示场景中心点(0,0)处斜距历程的i阶麦克劳林展开系数；
S5.3：将所述距离弯曲校正函数与信号Ss5(fr,t′m)进行相乘，得到距离弯曲校正后的信号Ss6(fr,t′m)；
S5.4：对所述距离弯曲校正后的信号Ss6(fr,t′m)进行距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号ss7(tr,t′m)。
在本发明的一个实施例中，所述S6包括：
S6.1：获取所述二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位并关于方位位置yn＝0进行麦克劳林级数展开，得到二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位
其中，bij表示信号相位关于方位慢时间tm和方位向位置yn的麦克劳林级数展开系数，b10，b20，b30，b40是非空变分量，b0(yn)表示与聚焦无关的常数项；
S6.2：构造非空变相位补偿函数：
S6.3：将所述非空变相位补偿函数与所述二维时域信号ss7(tr,t′m)进行相乘，得到相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)：
其中，表示信号ss8(tr,t′m；yn)的方位相位，Br表示发射信号带宽。
在本发明的一个实施例中，所述S7包括：
S7.1：在二维时域内构造时域变标函数：
其中，pi表示第i阶时域变标系数；
S7.2：将所述时域变标函数与所述相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)相乘，并进行方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)。
在本发明的一个实施例中，所述S8包括：
S8.1：在距离多普勒域中构造频域变标函数：
Hfrequency(fa)＝exp{j2π(q2fa 2+q3fa 3+q4fa 4)}
其中，qi表示第i阶频域变标系数，fa表示方位频率变量；
S8.2：将所述频域变标函数与所述多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)相乘，并进行方位维逆傅里叶变换，得到时域信号ss10(tr,t′m；yn)；
S8.3：根据所述时域信号ss10(tr,t′m；yn)的时域内方位相位，求解得到时频域的各阶变标系数；
S8.4：利用所述时频域的各阶变标系数进行扩展时间变标处理，实现各阶多普勒空变参数的精确补偿，获得扩展时间变标后的信号。
在本发明的一个实施例中，所述S9包括：
S9.1：在时域内构造方位Deramp函数：
其中，A(pi,qi；t′m)表示时间变标处理后非空变的相位分量，μ表示变标因子，μ＝1-4p2q2；
S9.2：将所述方位Deramp函数与所述时域信号ss10(tr,t′m；yn)相乘并进行方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的信号ss11(tr,fa；yn)：
其中，Ta表示合成孔径时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
本发明提出一种基于扩展时间变标的协同探测双基前视SAR成像处理方法。在系统建模时考虑到收发平台的机动特性，并在预处理中对加速度引起的非理想运动轨迹进行精确补偿。在距离走动校正与方位谱中心补偿后，在距离频域引入keystone变换处理，通过对回波数据进行慢时间维的拉伸和压缩处理实现残余距离走动校正，并在时域对距离弯曲进行统一补偿，从而实现距离方位的精确解耦。方位维处理中，在消除多普勒参数的高阶非空变分量后，本发明考虑了更多的影响方位聚焦的多普勒相位空变分量，分别从时域和频域引入变标函数，以消除多普勒调频率的线性和二次空变分量以及三阶调频率的线性空变分量，最终得到距离多普勒域的精聚焦图像。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种协同探测双基前视SAR成像几何模型的示意图；
图3是本发明实施例提供的仿真验证中所选三个点的方位剖面图；
图4是本发明实施例提供的仿真验证中所选三个点的等高线图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法的流程图，该成像方法包括：
S1：构建面向机动平台的协同探测双基前视SAR成像几何模型，并得到双基SAR斜距历程。
本实施例的S1具体包括：
在笛卡尔坐标系中建立面向机动平台的双基前视SAR成像几何模型：以成像场景中心点为坐标原点建立空间直角坐标系XOYZ，其中，X方向与Y方向分别表示水平面内任意垂直的两个方向，Z方向表示天向，如图2所示。
为了更方便地描述协同探测双基前视SAR成像几何模型，定义发射平台和接收平台的方位角γ为斜距矢量地面投影分量与X轴正方向的夹角，擦地角β为波束矢量与地平面的夹角。发射平台工作于斜视模式，接收平台工作于前视模式，发射平台和接收平台分别沿曲线轨迹运动，雷达信号经由发射天线到达成像场景并散射回到接收天线，形成收发闭环。
在方位零时刻，发射机的运动速度和加速度分别为vt＝(vtx,vty,vtz)和at＝(atx,aty,atz)，发射平台到成像场景中心的距离为Rst，发射平台的擦地角为βt，发射平台的方位角为γt；接收机的运动速度和加速度分别为vr＝(vrx,0,vrz)和ar＝(arx,ary,arz)，接收平台到成像场景中心的距离为Rsr，接收平台的擦地角为βr，接收平台的平台方位角为0。用tm表示方位维慢时间变量，则任意时刻t发射平台与接收平台的空间位置可以表示为：
其中，(xT,yT,zT)表示发射平台的空间位置坐标，(xR,yR,zR)表示接收平台的空间位置坐标。
以场景中心点为坐标原点在水平面内建立目标坐标系xOy，其与成像坐标系XOY之间的角度φΔ可以表示为：
此时，对于目标坐标系xOy内任意一点P(xn,yn)，其在成像坐标系XOYZ内的空间位置可以表示为：
进而得到协同双基SAR成像的斜距历程：
对协同双基SAR成像的斜距历程Rbi(tm；xn,yn)在方位慢时间tm＝0处进行四阶麦克劳林级数展开，得到多项式形式的斜距历程近似表达式：
其中，ki表示斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数，具体表示为：
其中，i！表示从1到i的阶乘，表示函数对变量tm求i阶导数。
S2：基于协同双基SAR成像的斜距历程构造基频回波信号，并进行距离维傅里叶变换和匹配滤波，获得匹配滤波后的信号。
具体地，假设搭载于协同探测系统的双基SAR发射天线发射线性调频(LFM)信号，并由接收天线接收来自目标区域的散射回波信号，经过正交解调处理后，得到基带回波信号ss0(tr,tm)，可以表示为：
其中，tr表示距离维快时间变量，wr(tr)表示距离维时域窗函数，wa(tm)表示方位维时域窗函数，exp{·}表示复指数函数，用以表征回波信号的相位信息，j表示虚数单位，Kr表示距离维调频率，fc表示发射信号的中心频率，c表示光速，Rbi(tm)表示协同双基SAR成像的斜距历程。
接着，对基带回波信号进行距离维匹配滤波处理，利用驻定相位原理(POSP)对基带回波信号进行距离维傅里叶变换，得到距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)，可以表示为：
其中，fr表示距离频率变量，Wr(fr)表示距离维频域窗函数，第一个指数项表示距离维调制，第二个指数项/>表示方位维调制和距离徙动。
进一步地，在距离频域方位时域内构造匹配滤波参考函数并将其与距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)进行相乘，得到距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)，可以表示为：
S3：在距离频域内引入非理想运动轨迹补偿函数和距离走动校正与谱中心补偿函数，对匹配滤波后的信号进行加速度分量、距离走动参考分量和多普勒中心的补偿，得到预处理后的信号。
具体地，高阶非理想运动轨迹补偿能够还原回波频谱，避免由加速度引起的方位多普勒参数失配。本实施例将非理想运动轨迹从斜距历程中提取出来，在距离频域方位时域内构造非理想运动轨迹补偿函数：
其中，ki0_acc表示场景中心点双基斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数中的非理想运动轨迹分量，可以表示为：
其中，表示场景中心点(0,0)处斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数，/>表示场景中心点(0,0)处斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数中与加速度无关的分量。
将非理想运动轨迹补偿函数与距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)进行相乘，得到加速度补偿后的信号Ss3(fr,tm)，可以表示为：
进一步地，距离走动校正与方位谱中心补偿能消除双基SAR回波信号中距离徙动的大部分分量，同时搬移二维频谱，避免频谱模糊效应。本实施例在距离频域方位时域内构造距离走动校正与方位谱中心补偿函数：
其中，k10表示场景中心点(0,0)处斜距历程的一阶麦克劳林展开系数，可以表示为：
将距离走动校正与方位谱中心补偿函数与加速度补偿处理后的信号Ss3(fr,tm)进行相乘，得到预处理后的信号Ss4(fr,tm)，可以表示为：
进一步地，对预处理后的信号Ss4(fr,tm)进行整理，得到：
其中，ki′表示预处理后更新的麦克劳林展开系数，各阶麦克劳林展开系数ki′为原始麦克劳林展开系数ki与预处理中引入的各阶因子之差：
S4：在距离频域内引入keystone变换处理，利用keystone变换公式对预处理后的信号进行处理，得到无距离走动的信号。
在机动平台双基前视SAR成像中，散射点的距离徙动将呈现二维空变，本实施例引入keystone变换处理进行残余徙动校正，通过定义虚拟的慢时间，对目标回波进行慢时间维的拉伸、压缩处理，将倒梯形的方位时域支撑区修正为矩形，实现非场景中心处残余走动量的一致校正。
具体地，在距离频域内构建keystone变换公式，可以表示为：
将上述keystone变换公式带入预处理后的信号Ss4(fr,tm)进行化简，校正距离徙动的线性残余空变分量，得到无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)，可以表示为：
此时，距离频率和方位慢时间的一次项之间没有耦合，线性耦合被完全消除。
S5：在距离频域内构建距离弯曲校正函数，对无距离走动的信号进行弯曲校正及距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号。
完成距离走动校正后，接着对距离弯曲分量进行处理。将上述步骤得到的无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)的相位关于方位频率fr＝0进行麦克劳林级数展开，得到信号：
其中，λ表示波长，第一个指数项表示方位调制，第二个指数项表示距离维位置和距离弯曲分量。
以场景中心为参考构造距离弯曲校正函数：
其中，k′i0表示场景中心点(0,0)处斜距历程的i阶麦克劳林展开系数：
将距离弯曲校正函数与信号Ss5(fr,t′m)进行相乘，得到距离弯曲校正后的信号Ss6(fr,t′m)，可以表示为：
对信号Ss6(fr,t′m)进行距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号ss7(tr,t′m)，可以表示为：
其中，Rbi0＝k0′表示参考双基距离和，即方位零时刻收发平台到场景中任意一点的距离之和。
S6：在二维时域内构造高阶非空变相位补偿函数，对距离方位深度解耦后的二维时域信号进行方位非空变相位补偿，得到相位补偿后的信号。
具体地，获取上述二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位，将其关于方位位置yn＝0进行麦克劳林级数展开，得到非空变分量与空变分量，此时二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位可以表示为：
其中，bij表示信号相位关于慢时间tm和方位向位置yn的麦克劳林级数展开系数，b10，b20，b30，b40是非空变分量，与方位位置yn无关，其余的都是空变分量，b0(yn)表示与聚焦无关的常数项。
在进行时间变标处理之前，首先对非空变的高阶多普勒相位分量进行统一补偿，构造非空变相位补偿函数：
将非空变相位补偿函数与二维时域信号ss7(tr,t′m)进行相乘，得到相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)，忽略与聚焦无关的常数项，可以表示为：
其中，表示信号ss8(tr,t′m；yn)的方位相位，表示为：
S7：在二维时域内构造时域变标函数，对相位补偿后的信号进行时域变标处理及方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号。
在二维时域内构造时域变标函数：
其中，pi表示第i阶时域变标系数，其具体表达式将在步骤S8中进行求解。
将时域变标函数与相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)相乘，并进行方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)，可以表示为：
/>
其中，FTa{}表示方位维傅里叶变换，Br表示发射信号带宽，fa表示方位频率变量，表示多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)的多普勒域内相位，可以表示为：
其中，
S8：在距离多普勒域中构造频域变标函数，对多普勒域信号进行频域变标处理及方位维逆傅里叶变换，得到扩展时间变标后的信号。
在距离多普勒域中构造频域变标函数：
Hfrequency(fa)＝exp{j2π(q2fa 2+q3fa 3+q4fa 4)}
其中，qi表示第i阶频域变标系数，其具体表达式可通过后续处理求解得到，fa表示方位频率变量。
将频域变标函数与多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)相乘，并进行方位维逆傅里叶变换，得到时域信号ss10(tr,t′m；yn)，可以表示为：
其中，IFTa{}表示方位维逆傅里叶变换，表示时域内方位相位。进一步地，用μ＝1-4p2q2表示方位变标因子，将时域内方位相位/>关于方位时间t′m和方位位置yn进行麦克劳林级数展开，得到：
其中，第一项是扩展时间变标处理过程中引入非空变相位分量；第二项和第三项是关于方位时间的一次项，分别表示散射点聚焦的理论位置和双基成像处理引入的畸变量；第四项与第五项是关于方位时间的二次项，分别表示扩展时间变标处理后多普勒调频率的线性空变与二阶空变分量；第六项是关于方位时间的三次项，表示扩展时间变标处理后三次调频率的线性空变分量；最后一项表示与聚焦无关且可以忽略的其他剩余相位。
为实现精确聚焦，令各空变分量为零，得到方程组：
求解得到时域和频域的各阶变标系数：
将上式所示的各阶变标系数代入扩展时间变标处理中，便能实现各阶多普勒空变参数的精确补偿。
S9：在时域内构造方位Deramp函数，对所述扩展时间变标后的信号进行非线性相位一致补偿及方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的双基前视SAR图像。
具体地，在时域内构造方位Deramp函数：
其中，A(pi,qi；t′m)表示时间变标处理后非空变的相位分量。
将方位Deramp函数与时域信号ss10(tr,t′m；yn)相乘并进行方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的信号ss11(tr,fa；yn)：
其中，Ta表示合成孔径时间，如此便得到了聚焦在距离多普勒域内的图像。
接下来通过点目标仿真验证本发明的的协同探测双基前视SAR成像方法的有效性，仿真参数如表1所示。
表1仿真参数
在地面场景中沿x方向和y方向设置一组3×3的方形点阵，幅宽为1.2km×1.2km，分别选取位于目标坐标系中心坐标(0,0)的散射点为参考点T1、位于目标坐标系x轴正方向坐标(600,0)的散射点为边缘点T2、位于目标坐标系第一象限内坐标(600,600)的散射点为边缘点T3考察成像结果。
图3给出了所选三个点的方位剖面图，可以看出边缘点与中心点具有相似的聚焦效果，第一零点较低，第一旁瓣接近理论值；如图4给出了所选三个点的等高线图，可以看出三个点的等高线图基本一致，主副瓣明显分开，说明了本发明所述方法的有效性。
进一步对指标进行定量评估，计算所选三个点的方位分辨率、峰值旁瓣比与积分旁瓣比如表2所示，可以看出算法的性能指标参数与理论值(方位分辨率1m，峰值旁瓣比-13.26dB，积分旁瓣比-9.80dB)基本吻合，进一步了本发明所述方法的有效性。
表2性能指标参数统计结果
散射点 方位分辨率 峰值旁瓣比 积分旁瓣比
T1 1.01m -13.25dB -9.82dB
T2 1.00m -13.09dB -9.87dB
T3 1.02m -13.06dB -9.84dB
本发明提出一种基于扩展时间变标的协同探测双基前视SAR成像处理方法。在系统建模时考虑到收发平台的机动特性，并在预处理中对加速度引起的非理想运动轨迹进行精确补偿。在距离走动校正与方位谱中心补偿后，在距离频域引入keystone变换处理，通过对回波数据进行慢时间维的拉伸和压缩处理实现残余距离走动校正，并在时域对距离弯曲进行统一补偿，从而实现距离方位的精确解耦。方位维处理中，在消除多普勒参数的高阶非空变分量后，本发明考虑了更多的影响方位聚焦的多普勒相位空变分量，分别从时域和频域引入变标函数，以消除多普勒调频率的线性和二次空变分量以及三阶调频率的线性空变分量，最终得到距离多普勒域的精聚焦图像。
本发明的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述实施例中所述基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法的步骤。本发明的再一方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上述实施例所述基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法的步骤。具体地，上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，包括：
S1：构建面向机动平台的协同探测双基前视SAR成像几何模型，并得到双基SAR斜距历程；
S2：基于协同双基SAR成像的斜距历程构造基频回波信号，并进行距离维傅里叶变换和匹配滤波，获得匹配滤波后的信号；
S3：在距离频域内引入非理想运动轨迹补偿函数和距离走动校正与谱中心补偿函数，对所述匹配滤波后的信号进行加速度分量、距离走动参考分量和多普勒中心的补偿，得到预处理后的信号；
S4：在距离频域内引入keystone变换处理，利用keystone变换公式对所述预处理后的信号进行残余走动校正，得到无距离走动的信号；
S5：在距离频域内构建距离弯曲校正函数，对所述无距离走动的信号进行弯曲校正及距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号；
S6：在二维时域内构造高阶非空变相位补偿函数，对所述二维时域信号进行方位非空变相位补偿，得到相位补偿后的信号；
S7：在二维时域内构造时域变标函数，对所述相位补偿后的信号进行时域变标处理及方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号；
S8：在距离多普勒域中构造频域变标函数，对所述多普勒域信号进行频域变标处理及方位维逆傅里叶变换，得到扩展时间变标后的信号；
S9：在时域内构造方位Deramp函数，对所述扩展时间变标后的信号进行非线性相位一致补偿及方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的双基前视SAR图像。
2.根据权利要求1所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S1包括：
S1.1：以成像场景中心点为坐标原点建立空间直角坐标系XOYZ，其中，X方向与Y方向分别表示水平面内任意垂直的两个方向，Z方向表示天向；
S1.2：定义发射平台和接收平台的方位角γ为斜距矢量地面投影分量与X轴正方向的夹角，擦地角β为波束矢量与地平面的夹角；
S1.3：以场景中心点为坐标原点在水平面内建立目标坐标系xOy，并获得协同双基SAR成像的斜距历程。
3.根据权利要求1所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S2包括：
S2.1：利用接收天线接收来自目标区域的散射回波信号，经过正交解调处理后得到基带回波信号ss0(tr,tm)；
S2.2：利用驻定相位原理对所述基带回波信号ss0(tr,tm)进行距离维傅里叶变换，得到距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)；
S2.3：在距离频域方位时域内构造匹配滤波参考函数并将所述匹配滤波参考函数与所述距离频域的回波信号Ss1(fr,tm)进行相乘，得到距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)，其中，Kr表示距离维调频率，fr表示距离频率变量。
4.根据权利要求3所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S3包括：
S3.1：在距离频域方位时域内构造非理想运动轨迹补偿函数：
其中，fc表示发射信号的中心频率，c表示光速，fr表示距离频率变量，tm表示方位维慢时间变量，ki0_acc表示场景中心点双基斜距历程的第i阶麦克劳林展开系数中的非理想运动轨迹分量；
S3.2：将所述非理想运动轨迹补偿函数与所述距离维匹配滤波后的信号Ss2(fr,tm)进行相乘，得到加速度补偿后的信号Ss3(fr,tm)；
S3.3：在距离频域方位时域内构造距离走动校正与方位谱中心补偿函数：
其中，k10表示场景中心点(0,0)处斜距历程的一阶麦克劳林展开系数；
S3.4：将所述距离走动校正与方位谱中心补偿函数与所述加速度补偿后的信号Ss3(fr,tm)相乘，得到预处理后的信号Ss4(fr,tm)。
5.根据权利要求4所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S4包括：
S4.1：在距离频域内构建keystone变换公式：
S4.2：将所述keystone变换公式带入所述预处理后的信号Ss4(fr,tm)进行化简，校正距离徙动的线性残余空变分量，得到无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)：
其中，Wr(fr)表示距离维频域窗函数，wa(t′m)表示t′m对应的方位维时域窗函数。
6.根据权利要求5所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S5包括：
S5.1：将所述无距离走动的信号Ss5(fr,t′m)的相位关于方位频率fr＝0进行麦克劳林级数展开，得到麦克劳林级数展开后的信号；
S5.2：以场景中心为参考构造距离弯曲校正函数：
其中，k′i0表示场景中心点(0,0)处斜距历程的i阶麦克劳林展开系数；
S5.3：将所述距离弯曲校正函数与信号Ss5(fr,t′m)进行相乘，得到距离弯曲校正后的信号Ss6(fr,t′m)；
S5.4：对所述距离弯曲校正后的信号Ss6(fr,t′m)进行距离维逆傅里叶变换，得到距离方位深度解耦后的二维时域信号ss7(tr,t′m)。
7.根据权利要求6所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S6包括：
S6.1：获取所述二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位并关于方位位置yn＝0进行麦克劳林级数展开，得到二维时域信号ss7(tr,t′m)的方位相位
其中，bij表示信号相位关于方位慢时间tm和方位向位置yn的麦克劳林级数展开系数，b10，b20，b30，b40是非空变分量，b0(yn)表示与聚焦无关的常数项；
S6.2：构造非空变相位补偿函数：
S6.3：将所述非空变相位补偿函数与所述二维时域信号ss7(tr,t′m)进行相乘，得到相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)：
其中，表示信号ss8(tr,t′m；yn)的方位相位，Br表示发射信号带宽。
8.根据权利要求7所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S7包括：
S7.1：在二维时域内构造时域变标函数：
其中，pi表示第i阶时域变标系数；
S7.2：将所述时域变标函数与所述相位补偿后的信号ss8(tr,t′m；yn)相乘，并进行方位维傅里叶变换，得到多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)。
9.根据权利要求8所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S8包括：
S8.1：在距离多普勒域中构造频域变标函数：
其中，qi表示第i阶频域变标系数，fa表示方位频率变量；
S8.2：将所述频域变标函数与所述多普勒域信号ss9(tr,fa；yn)相乘，并进行方位维逆傅里叶变换，得到时域信号ss10(tr,t′m；yn)；
S8.3：根据所述时域信号ss10(tr,t′m；yn)的时域内方位相位，求解得到时频域的各阶变标系数；
S8.4：利用所述时频域的各阶变标系数进行扩展时间变标处理，实现各阶多普勒空变参数的精确补偿，获得扩展时间变标后的信号。
10.根据权利要求9所述的基于扩展时间变标处理的协同探测双基前视SAR成像方法，其特征在于，所述S9包括：
S9.1：在时域内构造方位Deramp函数：
其中，A(pi,qi；t′m)表示时间变标处理后非空变的相位分量，μ表示变标因子，μ＝1-4p2q2；
S9.2：将所述方位Deramp函数与所述时域信号ss10(tr,t′m；yn)相乘并进行方位维傅里叶变换，得到聚焦在距离多普勒域内的信号ss11(tr,fa；yn)：
其中，Ta表示合成孔径时间。
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