专利名称：一种星机联合双基地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，它特别涉及星机联合双基地合成孔径雷达(简称 SA-BiSAR)的成像技术。
背景技术：
星机联合双基地SAR (简称SA-BiSAI )系统采用卫星发射信号、飞机接收目标回波信号的工作模式实现对目标区域的成像。该系统的收发平台有着很大的高度差和速度差， 是一种典型的移变模式。SA-BiSAR采用星载平台发射信号、机载平台接收目标回波信号的工作模式实现对目标区域的成像，不但继承了双基地SAR系统的隐蔽性好、抗干扰能力强和战场生存力强的优点，而且其独特地使用卫星发射信号，使系统具有覆盖面广、数据获取成本低等优势；另一方面，使用飞机作为接收机，可以发挥飞机灵活机动的特点，针对不同的观测区域及观测要求，与卫星共同构建不同的工作模式(平行飞行或斜飞模式)。因此 SA-BiSAR必将成为遥感成像雷达技术的重要发展方向。一般地，双基地合成孔径雷达系统可以分成两类非移变双基地合成孔径雷达系统和移变双基地合成孔径雷达系统，其中星机联合双基地SAR系统就是一种典型的移变双基地SAR系统。对于非移变双基地合成孔径雷达系统，发射机和接收机有相同的速度，系统的几何结构不会随着时间变化，其工作原理可近似为单基地SAR系统。传统的合成孔径雷达成像方法，例如距离-多普勒算法、波数域算法及后向投影算法，通过简单的改进都可以实现对此类模式合成孔径雷达成像。但对于移变双基地合成孔径雷达系统，收发平台的速度不同，导致二者的几何关系随时间变化，基于线性时不变假设的合成孔径雷达成像方法，不能满足此类双基地合成孔径雷达成像的要求；另外，即使实现了移变双基地合成孔径雷达成像点目标成像，移变双基地合成孔径雷达成像距离向和方位向坐标系的非正交性仍不可避免的导致移变双基地合成孔径雷达图像中会有畸变产生。目前可行的移变双基地合成孔径雷达成像算法只有后向投影算法，但该算法运算量庞大，难以满足合成孔径雷达成像处理的要求。

发明内容
为了克服现有成像技术无法有效应用于SA-BiSAR系统的不足，本发明提供了一种适用于星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，它是先利用RD算法的成像思路实现聚焦处理，然后再针对图像中的畸变进行校正，其特点是快速高效地完成对SA-BiSAR的成像。为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义定义1、移变模式双基地合成孔径雷达(Bistatic SAR/BiSAR)双基地合成孔径雷达是指雷达发射系统和接收系统分别安装在不同运动平台上的合成孔径雷达。移变模式双基地合成孔径雷达是指安装发射系统和接收系统的平台在数据采集过程中相对位置发生变化的合成孔径雷达系统。
本发明中定义的“移变模式双基地合成孔径雷达”是指发射系统平台和接收系统平台均保持勻速直线运动且速度不同(包括大小不同、方向不同、或大小及方向均不同)的双基地合成孔径雷达系统。定义2、星机联合双基地合成孔径雷达(Spaceborne-Airborne Bistatic SAR/ SA-BiSAR)星机联合双基地合成孔径雷达(简称SA-BiSAR)是指雷达的发射平台和接收平台分别置于卫星和飞机上的双基地合成孔径雷达，是一种典型的移变模式双基地合成孔径雷达。星机联合双基地合成孔径雷达的收发平台速度大小必不相同，根据其速度方向是否相同，又可分为平行飞行SA-BiSAR和斜飞SA-BiSAR。定义3、合成孔径雷达场景空间合成孔径雷达场景空间是指现实空间中所有待观测的场景目标点的集合。在不同空间坐标系下有不同的表示，但一旦坐标系确立以后其表示是唯一的。一般情况下为了方便成像取地面坐标系，即距离向-方位向-高度向坐标系。该空间由两个恒正交的坐标基 ζ和ζ张成。定义与卫星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场景空间的第一个坐标基，即ζ ；定义在地平面内，并与合成孔径雷达场景空间的第一个坐标基ζ 垂直的单位向量作为合成孔径雷达场景空间的第二个坐标基，记做ζ。定义4、合成孔径雷达成像空间合成孔径雷达成像方法是将合成孔径雷达场景空间中的散射点投影到另一个二维平面空间，这个新的二维平面空间即为合成孔径雷达成像空间，该空间与成像方法有关。 本发明中，合成孔径雷达成像空间的坐标基分别表示为ζ和ζ。定义5、近似距离历史本发明中，在较短方位时间内，将SA-BiSAR系统的距离历史近似看作一个单基地 SAR系统的距离历史。定义6、SA-BiSAR多普勒参数多普勒参数是本发明所需的关键参数，包括多普勒中心频率和多普勒调频斜率分别记做fdc和fdr。本发明由多普勒中心频率和多普勒调频斜率的定义出发，根据SA-BiSAR 的近似距离历史，可以得到SA-BiSAR的多普勒参数。定义7、合成孔径雷达距离压缩方法合成孔径雷达标准距离压缩方法是指利用合成孔径雷达发射参数，主要包括采用以下公式生成参考信号，并采用匹配滤波技术对合成孔径雷达的距离向信号进行滤波的过程。
权利要求
1. 一种星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，其特征是它包括以下步骤 步骤1、成像系统参数的初始化初始化成像系统参数包括发射平台速度矢量，即卫星相对地面速度矢量，记做巧；接收平台速度矢量，即飞机相对地面速度矢量记做巧；发射平台与接收平台速度矢量夹角记做θ f ；发射平台初始位置矢量，记做耳(0)；接收平台初始位置矢量，记做巧(0)；雷达系统的脉冲重复频率，记做PRF ；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Tp ；雷达接收系统的采样频率，记做fs ；发射雷达的波束指向矢量，记做L0ST，接收雷达的波束指向矢量，记做L0&;收发雷达的波束指向矢量和，记做L0&;距离向采样点数记做凡，方位向采样点数记做Ns ；步骤2、确定收发雷达的角速度矢量和及合成孔径雷达成像空间的定义对于合成孔径雷达场景空间中的任意点目标，记为P0(X0), yo)，利用步骤1中初始化得到的发射平台与接收平台速度矢量夹角记做θ f，卫星相对地面速度矢量
全文摘要
本发明提供了一种星机联合双基地合成孔径雷达成像方法，它是基于星机联合双基地SAR系统平台高度差和速度差很大、卫星过顶时间很短的特点，先对距离历史进行合理近似，并在此基础上从多普勒定义出发，推导出适合SA-BiSAR系统的多普勒参数；然后借助RD算法的成像思路，即把二维压缩分解为两个一维压缩的级联形式、并去除相应的耦合项，完成对回波数据的聚焦处理；最后针对聚焦图像中的畸变现象，提出几何校正法予以校正，从而完成对原始场景的快速成像，其特点是本发明能够快速高效地完成对SA-BiSAR的成像。
文档编号G01S13/90GK102313887SQ20101021440
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者左子谨, 张晓玲 申请人:电子科技大学