[发明专利]一种移变模式双基地合成孔径雷达成像方法

摘要

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方法，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。

主权项

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石利用公式β‾=V‾TRT+V‾RRR,]]>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刀，其中，马，为发射平台到场景中心的距离，可以用公式获得，弋为接收平台到场景中心的距离，可以用公式弋=I卜L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；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丢作内积，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口；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力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￡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白；采用公式N比较第一个脉冲重复周期时变尺度逆傅立叶变换点数J7v与距离压缩后的移变模式双基地合成孔径雷达数据长度帆的大小，如果N小于等于吼，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石．的前Jv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掘的频域；如果N大于Ⅳ0，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石-后补充N一凡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frefa(x)=exp(j2π·x·clight/B·b·1),]]>进行Ⅳ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万。；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万。中选择前帆点数据，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，x=-N02,...,N02,]]>c_lighr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平行的线性区域的线型区域，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平行的线性区域的线型区域的序数；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平行的线性区域的线型区域的序数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。