专利名称：固定发射站双基地前视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，具体涉及合成孔径雷达成像技术中的固定发射站双基地前视SAR的成像方法。
背景技术：
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全天时、全天候的现代高分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨率。在地形测绘、植被分析、海洋及水文观测、环境及灾害监视、资源勘探以及地壳微变检测等领域，合成孔径雷达发挥了越来越重要的作用。但是由于本身工作体制的限制，现有单基地SAR并不能实现飞行器前视区域的高分辨成像，从而使SAR技术在飞行器前视对地、自主着陆、物资空投等方面不能充分的发挥作用。 双基地前视SAR(BFSAR)是一种新的雷达体制，系统发射站和接收站分置于不同平台上，通过合理的几何配置，可以实现在接收站正前方进行高分辨成像。另外，收发分置的特点使其具备了许多突出的优点，如获取目标信息丰富、作用距离远、安全性好、抗干扰能力强等。固定发射站双基地前视合成孔径雷达(ST-BFSAR)是指接收站运动，而发射站固定的双基地前视SAR。与单基站SAR和两平台并行运动的双基地SAR不同，ST-BFSAR由于收发双站相对位置随着时间而变化，导致相同双基斜距和的目标具有不同的距离单元徙动(RCM)和不同的多普勒调频斜率，这种问题称之为方位空变；加之具有传统单基SAR相同的距离空变，因而ST-BFSAR具有二维空变问题。在文献:Some reflections on bistatic SAR of forward-lookingconfiguration，Xiaolan，Q.，H. Donghui，IEEE Ge o s c i. Remote Sens.Lett., vol.5, no. 4, pp. 735 - 739, 2008 和 First result ofbistatic forward-lookingSAR with stationary transmitter，Junjie，W.，H. Yulin，Proc. IGARSS.Vancouver, Canada: IEEE, Jul. 2011中使用的RD算法完全忽略了 ST-BFSAR的二维空变问题。在文献:New applications of nonlinear chirp scaling in SAR dataprocessing，Wong, F. W. ; Yeoj T. S. , IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 39, no.5，pp.946-953，2001 和 An improved NLCS algorithm with capability analysisfor one—stationaryBiSAR，Xiaolan Qiuj Donghui Hu, IEEETrans. Geosci.RemoteSens·，vol. 46，no. 10 Part2，pp. 3179-3186，2008 中，提出了一种非线性 ChirpScaling(CS)方法来补偿同一距离门内的不同调频率，使其达到相等，但是这种方法忽略了沿方位向距离单元徙动的空变，这在方位向大空变的情况下将会引入更大的误差，甚至会导致算法的失效；另外，在固定发射站双基地前视SAR这种模式下，距离历史和接收站最近斜距间的近似线性关系也不再成立，大大降低了此算法的有效性。在文 献Focusing bistatic sar data in airborne/stationaryconfiguration，Wang, R.，Loffeld，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens.，vol. 48，no. 1，pp. 452 - 465，2010中，提出了一种基于数据分块的方法，该方法在每一个数据块内忽略二维空变性的影响，但是这种方法只适合方位向范围变化不大的情况，而且数据分块还降低了处
理的效率。

发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，解决传统SAR成像方法和现有双基地前视SAR成像方法无法解决ST-BFSAR数据处理时的二维空变问题，实现ST-BFSAR的精确聚焦成像。为了方便描述本发明的内容，首先对以下术语进行解释术语I :双基地 SAR (Bistatic SAR) 双基地SAR是指系统发射站和接收站分置于不同平台上的SAR系统，其中至少有一个平台为运动平台，在概念上属于双基地雷达。术语2 固定发射站双基地前视SAR (ST-BFSAR)固定发射站双基地前视SAR是双基地SAR的一种，其发射站固定，接收站运动，接收波束指向运动方向的正前方。术语3:二维空变二维空变是指同一方位向不同距离向的目标具有不同的RCM和多普勒调频斜率，同一距离向不同方位向的目标也具有不同的RCM和多普勒调频斜率。本发明的技术方案是一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，具体包括步骤一成像系统参数初始化，发射站固定，其位置坐标记为(xT, yT, hT),其中，xT、yT和hT分别为发射站的χ轴、y轴和z轴坐标；接收站零时刻位置坐标记为(0，yK, hK)，其中，71(和111；分别为接收站的y轴和Z轴坐标；参考坐标原点设为场景中心，零时刻记为接收波速中心位于场景坐标系原点处，接收站平台沿y轴运动，速度为V，场景中任一点目标P(x，y)的位置坐标记为(X，y, 0) ；ST-BFSAR 距离历史和记为 R(t;x, y) =Rt(x, y)+RK(t;x, y),其中，t 为方位时间，RT(x，y)为发射站到目标点P(x，y)的距离，RE(t；x, y)为接收站的距离历史，RtO，y)=」(x-xT)2 + (y-yT)2 + hT2 ；Rr(/；x,y) = λ/r0R{xf + V2 (t -Q2- 2r0R(x)V(t —10)cos0dR(x)， 其中 ，
r0R(x) = sjyl+hR2 +χ2为接收站到目标点P (χ, y)的中心斜距， t0=y/V, cos θ dR (χ) = I Ye I /
Γ0Ε (X);步骤二 生成ST-BFSAR点目标回波，从点目标P(x，y)反射的回波经下变频后表达式为访，UJ)= reci[T~TA^y)]wa\t-jH
raxexp|j.;r[r[r_ 价^二，》)]2 jexp{~/2;r/c 尺(,，:，))}
其中，τ为距离向时间变量，Td(t;x，y)为点目标P (x，y)的双基距离和延时，rect[ ·]和《a[ ·]分别代表距离时间窗和方位时间窗，tfy/V是方位时间延迟，&是发射信号的时间调频斜率，c为光速，f0为载波频率，Tr和Ta分别代表距离时间脉宽和方位合成孔径时间；步骤三距离向脉冲压缩，将回波信号& ( τ，t; X，y)沿距离向进行傅立叶变换，得到& (f，t; x，y)，其中，f 是距离向频率，利用&构造匹配函数exp{_j π f2/Kj，进行距离向脉冲压缩，得到距离压缩后的数据，记为Src (f, t ；x, y)
权利要求
1.一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，具体包括 步骤一成像系统参数初始化， 发射站固定，其位置坐标记为(xT，yT，hT)，其中，&、。和卜分别为发射站的X轴、y轴和z轴坐标；接收站零时刻位置坐标记为(O, yE, hK),其中，yE和hK分别为接收站的I轴和z轴坐标；参考坐标原点设为场景中心，零时刻记为接收波束中心位于场景坐标系原点处，接收站平台沿y轴运动，速度为V，场景中任一点目标P(x，y)的位置坐标记为(X，y, O) ;ST-BFSAR 距离历史和记为 R(t;x, y) =Rt (x, y) +Re (t; x, y),其中，t 为方位时间，RT(x，y)为发射站到目标点PU，y)的距离，RK(t;x，y)为接收站的距离历史，Rt(χ, ν) = 4(χ-χτ +(y-yT)2 +hT2 ；
2.根据权利要求I所述的合成孔径雷达成像方法，其特征在于，步骤七所述的方位向压缩的所采用的匹配函数为U/m;i ) = eXp|/—i [Z(/m)-l]l，其中，fm为方位频率，Z(fJ =小-(Afjv)2 ’ λ为电磁波波长。
全文摘要
本发明公开了一种固定发射站双基地前视合成孔径雷达成像方法，具体在得到目标回波后，使用一阶Keystone变换校正ST-BFSAR距离徙动的二维空变，该操作同时将慢时间零时刻时具有相同双基距离和的目标搬移到同一距离门；在完成距离徙动校正后，用非线性调频变标对同一距离门内目标的多普勒调频斜率进行均衡，消除多普勒调频斜率沿方位向的空变，并完成方位向压缩，从而实现了ST-BFSAR的精确聚焦，解决了传统SAR成像方法和现有双基地前视SAR成像方法无法解决ST-BFSAR数据处理时的二维空变问题。
文档编号G01S13/90GK102778681SQ20121024966
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者夏永红, 李中余, 李文超, 杨建宇, 杨海光, 武俊杰, 黄钰林 申请人:电子科技大学