本發(fā)明屬于信號(hào)處理，具體涉及一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法。

背景技術(shù)：

1、星載合成孔徑雷達(dá)（synthetic?aperture?radar，sar）具有全天時(shí)、全天候的成像能力，能夠應(yīng)用于地形測(cè)繪、資源勘探和軍事偵察等領(lǐng)域。相比于星載單基sar，星機(jī)雙基sar構(gòu)型更靈活，能夠獲取地物非后向散射系數(shù)，具有更強(qiáng)的隱蔽性、更優(yōu)秀的抗干擾和生存能力，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著sar技術(shù)的快速發(fā)展，針對(duì)sar圖像尺寸和分辨率的需求也不斷加深。壓縮感知技術(shù)、多通道技術(shù)和多種工作模式被用于提升sar圖像尺寸和分辨率。星載sar，如terrasar-x、gf-3等，都具備多種成像模式來(lái)獲取不同分辨率和尺寸的地面觀測(cè)圖像，如條帶、掃描、tops、滑動(dòng)聚束等。對(duì)于星機(jī)雙基sar，平臺(tái)間具有較大的速度差異，收發(fā)波束配合較為困難。收發(fā)平臺(tái)采用不同的成像模式，能夠?qū)崿F(xiàn)空間分辨率與成像幅寬的權(quán)衡，有利于收發(fā)波束的配合，保證回波的質(zhì)量，以及實(shí)現(xiàn)分辨率和幅寬的提升。并且已經(jīng)有多個(gè)研究機(jī)構(gòu)針對(duì)星機(jī)雙基sar的組合工作模式開(kāi)展了成像試驗(yàn)。德宇航局（dlr）開(kāi)展了星機(jī)雙基sar成像試驗(yàn)，衛(wèi)星工作于滑動(dòng)聚束模式，飛機(jī)工作于逆滑動(dòng)聚束模式或者條帶模式，補(bǔ)償了波束腳印間的速度差異，提升了波束配合時(shí)間，增大了成像幅寬。電子科大在斜視星機(jī)雙基sar成像試驗(yàn)中采用了類似的成像模式，在較短的開(kāi)機(jī)時(shí)間窗口內(nèi)提升了數(shù)據(jù)錄取時(shí)長(zhǎng)，提升了成像分辨率和成像幅寬。

2、由于衛(wèi)星與機(jī)載平臺(tái)較大的速度差異和空間尺度差異，星機(jī)雙基sar在幾何結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為異構(gòu)和移變特性，即星機(jī)雙基sar的斜視角、俯仰角、雙基角等幾何參數(shù)會(huì)隨著方位慢時(shí)間發(fā)生改變。在sar回波數(shù)據(jù)中，該移變特性表現(xiàn)為方位向的不同目標(biāo)點(diǎn)具有不同的距離徙動(dòng)量（range?cell?migration,?rcm）和多普勒參數(shù)，并會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)方面的問(wèn)題，即如何高效解決回波信號(hào)的耦合性，以及如何實(shí)現(xiàn)方位向信號(hào)的一致處理。針對(duì)這兩點(diǎn)問(wèn)題，有學(xué)者提出通過(guò)csa實(shí)現(xiàn)距離徙動(dòng)均衡，并通過(guò)方位向非線性變標(biāo)（nlcs,?nonlinear?chirpscaling）均衡方位向三階相位空變性。但是csa無(wú)法解決較為嚴(yán)重的距離徙動(dòng)空變，如斜視情形等。有學(xué)者提出通過(guò)子孔徑方法來(lái)解決方位向空變性，但在空變性更為嚴(yán)重的情形時(shí)，則會(huì)面臨效率急劇降低的問(wèn)題。有學(xué)者通過(guò)線性距離徙動(dòng)矯正與nlcs方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雙基sar方位空變校正。有學(xué)者通過(guò)keystone變換與高階rcm補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)解決二維耦合問(wèn)題，并通過(guò)引入多個(gè)nlcs因子來(lái)實(shí)現(xiàn)方位多普勒相位的均衡。但是keystone變換需要通過(guò)對(duì)方位信號(hào)插值處理來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)prf小于方位頻譜總寬度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致方位頻譜折疊，從而產(chǎn)生模糊問(wèn)題。然后對(duì)于組合模式星機(jī)雙基sar，以上方法不再適用。

3、對(duì)于組合模式星機(jī)雙基sar，由于收發(fā)天線的波束轉(zhuǎn)動(dòng)，其綜合波束相對(duì)于收發(fā)平臺(tái)的觀測(cè)角度隨著方位慢時(shí)間不斷變化，因此相對(duì)于條帶模式，星機(jī)雙基sar組合成像模式具有更復(fù)雜的方位空變特性。一方面，該方位空變特性會(huì)導(dǎo)致方位頻譜進(jìn)一步展寬，導(dǎo)致方位頻譜混疊；另一方面，高階方位空變特性會(huì)導(dǎo)致nlcs因子的均衡效果變差，即需要引入更多的nlcs因子來(lái)解決高階空變。有學(xué)者通過(guò)多通道技術(shù)實(shí)現(xiàn)方位頻譜采樣率的等效提升，解決方位向頻譜折疊問(wèn)題，并通過(guò)兩次nlcs實(shí)現(xiàn)方位向空變均衡。但是多通道技術(shù)對(duì)接收系統(tǒng)提出了更高的硬件要求，通道間相位誤差也會(huì)影響成像質(zhì)量。此外，該方法中的兩次nlcs沒(méi)有充分利用所有變標(biāo)因子，而是在第一次nlcs后就對(duì)方位向相位進(jìn)行補(bǔ)償，因此無(wú)法有效解決高階方位向高階相位，并且無(wú)法適用于組合模式雙基sar成像。有學(xué)者通過(guò)方位預(yù)處理方法等效提升方位向采樣率，并通過(guò)二維stolt插值處理去除rcm空變和方位向相位空變。然而，二維stolt插值仍然只能解決低階空變，從而限制了成像景深。有學(xué)者通過(guò)方位去斜方法解決聚束模式下的多普勒質(zhì)心空變問(wèn)題，而距離模型精度影響了成像精度，并且無(wú)法精確計(jì)算去斜因子，而會(huì)在一定情形下無(wú)法有效解決方位頻譜混疊問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，?本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種星機(jī)雙基sar組合模式成像方法，具體步驟如下：

2、步驟s1：輸入回波信號(hào)、幾何參數(shù)、波束調(diào)控參數(shù)，構(gòu)建星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)sar組合模式幾何模型和信號(hào)模型；

3、步驟s2：求解多普勒空變系數(shù)；

4、步驟s3：距離向傅里葉變換，得到原始回波的信號(hào)頻譜，然后對(duì)頻譜進(jìn)行補(bǔ)償，具體包括對(duì)頻譜進(jìn)行脈沖壓縮、校正頻譜傾斜、頻譜規(guī)整化；

5、步驟s4：對(duì)步驟s3校正后的頻譜進(jìn)行keystone變換，得到變換后信號(hào)；

6、步驟s5：對(duì)變換后信號(hào)進(jìn)行高階距離徙動(dòng)矯正、二次距離壓縮、額外補(bǔ)償相位后，進(jìn)行距離向傅里葉逆變換，得到信號(hào)；

7、步驟s6：方位向傅里葉變換，得到方位向相位；然后對(duì)方位向空變系數(shù)的非空變項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償；然后再乘以變標(biāo)函數(shù)引入方位向自由度；

8、步驟s7：進(jìn)行方位向傅里葉逆變換，得到方位向時(shí)域回波相位；

9、步驟s8：對(duì)方位向時(shí)域回波相位進(jìn)行補(bǔ)償，去除時(shí)域非空變項(xiàng)；然后乘以nlcs均衡函數(shù)；

10、步驟s9：方位向傅里葉變換，得到方位向頻域相位；

11、步驟s10：根據(jù)方位向頻域相位得到并乘以方位向脈壓函數(shù)；

12、步驟s11：對(duì)方位向信號(hào)進(jìn)行傅里葉逆變換，得到成像結(jié)果。

13、本發(fā)明的有益效果如下：

14、本發(fā)明詳細(xì)分析了組合成像模式下，rcm和多普勒參數(shù)的空變規(guī)律，提出了各階空變率的計(jì)算方式，并提出了改進(jìn)的nlcs來(lái)解決距離向和方位向空變問(wèn)題。針對(duì)多普勒質(zhì)心空變導(dǎo)致keystone方法不適用的問(wèn)題，本發(fā)明改進(jìn)了距離向處理流程，在均衡方位向質(zhì)心后，再實(shí)現(xiàn)keystone變換，一方面避免了方位向頻譜折疊對(duì)keystone的影響，另一方面等效提升了方位時(shí)域采樣精度，從而避免keystone插值處理引入的相位誤差。此外，基于組合成像模式的空變規(guī)律，提出了組合成像空變因子的計(jì)算方法，并改進(jìn)了nlcs均衡因子，同時(shí)避免方位時(shí)頻域轉(zhuǎn)換過(guò)程中的混疊問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)方位向多普勒參數(shù)的空變均衡，從而實(shí)現(xiàn)組合模式回波的方位向聚焦。

技術(shù)特征：

1.一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述求解多普勒空變系數(shù)的步驟具體如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述步驟3具體如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述keystone變換具體如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述步驟s5具體如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述步驟s6具體如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述方位向時(shí)域回波相位表示如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述步驟8具體如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，其特征在于，所述方位向頻域相位表示如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種星機(jī)雙基合成孔徑雷達(dá)組合模式成像方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)改進(jìn)距離向處理流程避免了方位頻譜混疊在距離向處理過(guò)程引入的相位誤差；改進(jìn)了方位向處理流程，在避免方位處理時(shí)頻域混疊的同時(shí)，引入了較多的自由度，均衡了方位向高階空變；提出了精確的組合模式星機(jī)雙基SAR多普勒空變參數(shù)計(jì)算方法，能夠獲取高精度的去斜因子和NLCS均衡因子，實(shí)現(xiàn)了組合模式星機(jī)雙基SAR的高效高精度處理。本發(fā)明的方法解決了雙基SAR回波信號(hào)復(fù)雜的距離徙動(dòng)特性和多普勒特性導(dǎo)致的成像處理困難的問(wèn)題，解決了方位頻譜混疊導(dǎo)致keystone插值精度下降的問(wèn)題。仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效實(shí)現(xiàn)星機(jī)雙基SAR組合成像模式下的精確成像處理。

技術(shù)研發(fā)人員：劉霖,陳天夫,邢正輝,孫稚超,武俊杰,楊建宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19