一種雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)值距離多普勒成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)值距離 多普勒成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SAR是一種全天時(shí)、全天候的現(xiàn)代高分辨率微波遙感成像雷達(dá)。在軍事偵察、地形 測(cè)繪、植被分析、海洋及水文觀測(cè)、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)視、資源勘探W及地殼微變檢測(cè)等領(lǐng)域， SAR發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。
[0003] 雙基地SAR由于收發(fā)分置而有著很多突出的優(yōu)點(diǎn)，它能獲取目標(biāo)的非后向散射信 息，具有作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性和抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。另外，由于雙基地SAR接收站不含大功率 器件，其功耗低、體積小、重量輕，便于多種類型的飛機(jī)攜帶，造價(jià)較低?？傊p基地SAR作 為一種空間對(duì)地觀測(cè)的新手段，在民用和軍用領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展空間。
[0004] 目前國(guó)際上對(duì)雙基地SAR的距離多普勒(RD)成像方法的研究，公開文獻(xiàn)有:Zare， A.;Masnadi-Shirazi,Μ.Α.;Samadi,S.,"Range-Doppler algorithm for processing bistatic SAR data based on the LBF in the constant-offset constellation," Radar Conference(RADAR),20121 邸E，vol.，no.，pp. 17-21，給出了一種基于Loffeld二維 頻譜模型的RD算法，它對(duì)頻譜的推導(dǎo)過(guò)程中把回波數(shù)據(jù)的相位因子分成了與發(fā)射站相關(guān)和 與接收站相關(guān)的兩個(gè)部分，并分別進(jìn)行求解駐定相位點(diǎn)，從而得到二維頻譜，所W不可避免 的存在誤差。此外，運(yùn)種方法無(wú)法使用運(yùn)動(dòng)路徑信息，即無(wú)法在距離徙動(dòng)校正過(guò)程中進(jìn)行運(yùn) 動(dòng)補(bǔ)償。
[000引 相關(guān)文獻(xiàn)：Neo ,Υ 丄.；Wong ,F. H. ; Gumming , I. G"Processing of Azimuth-Invariant Bistatic SAR Data Using the Range Doppler Algorithm,"Geoscience and Remote Sensing, IE邸 Transactions on,vol .46,no. 1 ,pp. 14,21，給出了一種利用級(jí)數(shù)反 演來(lái)推導(dǎo)二維頻譜模型，從而得到相應(yīng)的RD算法。但它在進(jìn)行泰勒展開時(shí)，只精確到了4次 項(xiàng)，忽略了 4次W上的高次項(xiàng)。運(yùn)顯然給二維頻譜帶來(lái)了誤差，當(dāng)合成孔徑時(shí)間加長(zhǎng)時(shí)，誤差 的影響將不可避免。同樣，運(yùn)種方法無(wú)法使用運(yùn)動(dòng)測(cè)量信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種充分利用運(yùn)動(dòng)路徑信息，實(shí)現(xiàn) 了成像過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了雙基地SAR下RD成像方法的精確距離徙動(dòng)校正，可W應(yīng)用 于雙基地SAR回波成像、幾何校正等領(lǐng)域的雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)值距離多普勒成像方法。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種雙基地合成孔徑雷達(dá)數(shù)值距離 多普勒成像方法，包括W下步驟：
[000引S1、數(shù)據(jù)預(yù)處理，計(jì)算雙基地合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)；
[0009] S2、對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮；
[0010] S3、采用數(shù)值法計(jì)算距離徙動(dòng)校正函數(shù)，并利用距離徙動(dòng)校正函數(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn) 行距離徙動(dòng)校正；
[0011] S4、生成二次距離壓縮函數(shù)并對(duì)距離徙動(dòng)校正后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二次距離壓縮；
[0012] S5、計(jì)算每個(gè)距離口所對(duì)應(yīng)的參考目標(biāo)點(diǎn)位置；
[0013] S6、利用參考目標(biāo)點(diǎn)位置構(gòu)造方位壓縮函數(shù)，并進(jìn)行方位壓縮，得到成像結(jié)果。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的步驟S1具體實(shí)現(xiàn)方法為:令場(chǎng)景中屯、點(diǎn)被波束中屯、照射時(shí)刻，發(fā) 射平臺(tái)固定，發(fā)射平臺(tái)位置記為(xτ，yτ，zτ)，其中，xτ、yτ和hτ分別為發(fā)射站的x軸、y軸和z軸 坐標(biāo);接收站位置記為(0，0，hR)，其中，0、0和hR分別為接收站的X軸、y軸和Z軸坐標(biāo);接收站 與發(fā)射站速度記為V，并沿y軸運(yùn)動(dòng)；由此，建立了 W接收站正下方為原點(diǎn)、高度為Z軸、速度 方向?yàn)閥軸的Ξ維坐標(biāo)系；
[0015] 將方位時(shí)間向量記為
其中，PRI 為脈沖重復(fù)間隔，Na為目標(biāo)回波方位點(diǎn)數(shù)；
[0016] 雙基距離歷史和為化(1:;義，7)=時(shí)(1:;義，7)+化(1:;義，7)，其中1:為方位時(shí)間，時(shí)(1:;義， y)和化(t;x，y)分別為發(fā)射站和接收站的距離歷史：
[0021] 其中，Ao是散射系數(shù)的幅度，ωτ(.)為距離向包絡(luò)，Wa( ·)方位向包絡(luò)，τ是快時(shí) 間變量，t是方位向時(shí)間變量，fc是載波頻率，C是光速，Kr是距離向調(diào)頻率，Ta是合成孔徑時(shí) 間，to是目標(biāo)點(diǎn)(X，y)的波束中屯、穿越時(shí)刻。
[0022] 進(jìn)一步地，所述的步驟S2具體實(shí)現(xiàn)方法為:利用發(fā)射的化i巧信號(hào)作為參考函數(shù)對(duì) 回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，化i巧信號(hào)的表達(dá)式為：
[0023] S(T) =AoWr(T)exp( j 地,了2) (4)
[0024] 其中，C〇a( ·)為距離向包絡(luò)，τ是快時(shí)間，Kr是距離向調(diào)頻率；
[0025] 取其反向共輛，得到表達(dá)式為：
[0026] s*(-T)=AoWr(-T)exp(-j 地 τ(-τ)2) 巧）
[0027] 將步驟S1得到的回波數(shù)據(jù)的距離向數(shù)據(jù)與式(5)分別進(jìn)行FFT后，在頻域上相乘， 然后進(jìn)行IFFT就可W得到距離壓縮后的回波數(shù)據(jù)。
[0028] 進(jìn)一步地，所述的步驟S3具體實(shí)現(xiàn)方法為：
[0029] 根據(jù)雙基地SAR的構(gòu)型，得到雙基距離和公式為：
[0030] (6)
[0033]
[0031] 其中，（xdc，ydc，hdc)為目標(biāo)點(diǎn)位置；[0032] 多普勒頻率公式為：
(7)
[0034] 其中，（xdc，ydc，hd。）為目標(biāo)點(diǎn)位置，VR、VT分別為接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的飛行速度，
，Ts為合成孔徑時(shí)間；
[0035] 由于雙根式的影響，無(wú)法推導(dǎo)出化和fd的準(zhǔn)確關(guān)系函數(shù)；因此，通過(guò)數(shù)值方法進(jìn)行 計(jì)算，所述的數(shù)值方法包括W下子步驟：
[0036] S31、取方位向時(shí)間ta的離散點(diǎn)，
，其中
[0037] S32、計(jì)算每個(gè)合成孔徑時(shí)間內(nèi)的雙基距離和化i(ta)，并用樣條插值把雙基距離和 曲線插值成
倍，其中VR為接受機(jī)運(yùn)動(dòng)速度、Fdr為方位向調(diào)頻斜率；同理，對(duì)多普 勒頻率函數(shù)也做相同的插值;從而，利用關(guān)系馬心?心.汚得到馬八尤的數(shù)值對(duì)應(yīng)矩陣；
[0038] S33、因?yàn)榫嚯x多普勒域下，方位向頻率為
其中，Na 為方位向采樣點(diǎn)數(shù)，利用S32中得到的數(shù)值對(duì)應(yīng)矩陣，取其中離每個(gè)方位向頻率最近的多普 勒頻率所對(duì)應(yīng)的雙基距離和作為該方位向頻率下的距離徙動(dòng)量，從而得到距離徙動(dòng)校正函 數(shù)；
[0039] S34、將距離壓縮后的回波數(shù)據(jù)變換到距離多普勒域，利用S33中得到的距離徙動(dòng) 校正函數(shù)，對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正。
[0040] 進(jìn)一步地，所述的步驟S4具體實(shí)現(xiàn)方法為：由于數(shù)值RD不采用有誤差的二維頻譜 表達(dá)式，因此無(wú)法得到二次距離壓縮函數(shù)，采用化〇，Υ丄.等人提出的基于MSR的雙基SAR二 維頻譜對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二次距離壓縮;二次距離壓縮函數(shù)表達(dá)式為：

[0046] 然后利用如下計(jì)算對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行二次距離壓縮：
[0047]
巧）。
[004引進(jìn)一步地，所述的步驟S5具體實(shí)現(xiàn)方法為：
[0049] 已知場(chǎng)景中屯、點(diǎn)的地理坐標(biāo)和它圖像中的像素位置，設(shè)距離向空變性與高度上空 變性一樣的情況下，只用求解與場(chǎng)景中屯、點(diǎn)高度一樣的目標(biāo)的位置，然后用它們來(lái)構(gòu)造方 位向參考函數(shù)即可;具體推導(dǎo)方法如下：
[0050] 已知某個(gè)像素點(diǎn)（i，j)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為^1^，71^)，其中。，^分別為圖像中距離向 與方位向位置;它距離向的相鄰點(diǎn)分別為(xi-u，yi-u)和(xi+u，ywj)，首先，由波束模型 可知：
[0054]其中，目C為接收天線水平斜視角，R- Δ Ri為第i個(gè)距離口的雙基距離和;最終得出：
[0058] 從而就可W推導(dǎo)出方位向零時(shí)刻在天線斜視角下不同距離口的參考目標(biāo)點(diǎn)位置 (Xi,yi,〇)(i二1,2, . . . ,Nr),其中Nr為距罔向義樣點(diǎn)數(shù)。
[0059] 進(jìn)一步地，所述的步驟S6具體實(shí)現(xiàn)方法為：
[0060] 對(duì)不同距離口構(gòu)造不同的方位壓縮