線 性插值，具體地，求出F(fr;fa' (Vi))的最大值max(F(fr;fa' (Vi)))和最小值min(F(ff; fa' (Vl)))，在F也fa' (Vi))的最大值max(F也fa' (Vi)))到最小值min(F也 (vi)))的范圍內(nèi)進(jìn)行均勻線性插值，并將F(ff;f。' （vi))的線性插值記為F;將只包 含與多普勒頻率f。無(wú)關(guān)的因子的函數(shù)G(ff;訝進(jìn)行線性插值，具體地，求G(ff;訝的最大 值max(G也X))和最小值min(G(fr;訝），在G(fr;X)的最大值max(G(fr;X))到最小值 min(G(ff;X))的范圍內(nèi)進(jìn)行均勻線性插值，并將G(ff;訝的線性插值記為G'(ff;X);則匹 配濾波后的相位V(C(Vi);訝轉(zhuǎn)化為V戊;訝=G'(fr;X)F的形式；解調(diào)后的 回波信號(hào)S也，t。）的二維頻譜S 轉(zhuǎn)化為S戊'（vi)巿）的形式；
[0046] 5.5將解調(diào)后的回波信號(hào)s(tf，t。）的二維頻譜S(t;ff)的轉(zhuǎn)化形式SOV(vi); ff)進(jìn)行聚焦，聚焦結(jié)果J狂屯）的表達(dá)為：
[0047]
|；0048]其中，Q(Vi;fr) =S(fa' (Vi)巿)壯a(bǔ)/dvi; W例得到目標(biāo)的地球同步軌道SAR圖像。
[0050] 本發(fā)明的有效性可通過(guò)W下仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步說(shuō)明。 陽(yáng)051] 仿真內(nèi)容和結(jié)果分析： 陽(yáng)052] 仿真1 :仿真參數(shù)如表1所示；
[0053] 表 1
[0054] 陽(yáng)化引
[0056] 圖2為仿真1的仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景點(diǎn)目標(biāo)布局示意圖。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中共有11個(gè)點(diǎn)目標(biāo)， 相鄰點(diǎn)目標(biāo)間隔15公里，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景大小為150公里，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中的11個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的最近斜距 相同，也就是說(shuō)它們位于同一個(gè)距離單元內(nèi)，點(diǎn)目標(biāo)3為場(chǎng)景中屯、點(diǎn)。
[0057] 當(dāng)合成孔徑時(shí)間為1000s時(shí)，采用點(diǎn)目標(biāo)3的二維頻譜對(duì)點(diǎn)目標(biāo)1，點(diǎn)目標(biāo)2W及 點(diǎn)目標(biāo)3進(jìn)行匹配濾波成像；圖3為點(diǎn)目標(biāo)1、2、3的成像結(jié)果的方位剖面圖，其中，圖中3a、 圖3b和圖3c分別為點(diǎn)目標(biāo)1、2、3的成像結(jié)果方位剖面圖。
[005引從圖3中可W看出，當(dāng)合成孔徑時(shí)間1000s時(shí)，點(diǎn)目標(biāo)的成像結(jié)果的方位剖面圖不 規(guī)則，說(shuō)明方位空變嚴(yán)重，導(dǎo)致場(chǎng)景邊緣點(diǎn)散焦非常嚴(yán)重。通常情況下，地球同步軌道SAR 的一個(gè)波束的照射范圍能達(dá)到約1000公里，點(diǎn)目標(biāo)的合成孔徑時(shí)間能達(dá)小時(shí)量級(jí)。對(duì)于如 此長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間和大場(chǎng)景，方位空變異常嚴(yán)重，說(shuō)明地球同步軌道SAR成像必須要進(jìn) 行方位空變校正。
[0059]仿真2 :圖4為仿真2的仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景點(diǎn)目標(biāo)布局示意圖。場(chǎng)景大小為方位向 150Km，距離向130Km，場(chǎng)景中分布77個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，每行點(diǎn)目標(biāo)具有相同的最近斜距。分別使用 譜分析算法和本發(fā)明方法對(duì)圖4中標(biāo)號(hào)為1-9的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行成像，圖5a-圖5i為譜分析算 法對(duì)仿真2中9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的成像結(jié)果圖，圖6a-圖6i為本發(fā)明方法對(duì)仿真2中9個(gè)點(diǎn)目標(biāo) 的成像結(jié)果圖。 W60] 從圖5a-圖5i中可W看出，由于地球同步軌道SAR具有嚴(yán)重的方位空變，譜分析 算法沒(méi)有對(duì)地球同步軌道SAR回波數(shù)據(jù)的方位空變進(jìn)行補(bǔ)償，所W圖4中偏離方位中屯、位 置的點(diǎn)目標(biāo)1、4、7、3、6、9的成像結(jié)果產(chǎn)生了嚴(yán)重的方位向散焦；而從圖6a-圖6i中可W看 出，由于本發(fā)明方法對(duì)地球同步軌道SAR回波數(shù)據(jù)的方位空變進(jìn)行了補(bǔ)償，所W9個(gè)點(diǎn)目標(biāo) 的聚焦效果良好，說(shuō)明了本發(fā)明的有效性。
[0061]表2給出了使用譜分析算法和本發(fā)明方法對(duì)圖4中點(diǎn)目標(biāo)1-9的成像結(jié)果指標(biāo)， 即9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在方位向的峰值旁瓣比（P化R)和積分旁瓣比（I化R)，W及9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)在距離 向的PSLR和ISLR，上述成像結(jié)果指標(biāo)的單位為（地）。從表2中可W看出，使用譜分析算法， 只有處于場(chǎng)景方位向中屯、的點(diǎn)目標(biāo)能得到較好的成像結(jié)果，而偏離方位中屯、位置的點(diǎn)目標(biāo) 的PSLR和ISLR嚴(yán)重變差；而本發(fā)明方法得到的9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的PSLR和ISLR均接近理想點(diǎn) 目標(biāo)的成像指標(biāo)，說(shuō)明了本發(fā)明校正方位空變的有效性。
[0062]表2
[0063]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于奇異值分解的地球同步軌道SAR成像方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，地球同步軌道衛(wèi)星SAR發(fā)射調(diào)頻脈沖信號(hào)，并對(duì)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行解 調(diào)處理，得到解調(diào)后的回波信號(hào)s (仁ta)，其中，心為距離時(shí)間，t a為方位時(shí)間； 步驟2,獲取解調(diào)后的回波信號(hào)S(H)的二維頻譜S(fa;f\)，將解調(diào)后的回波信 號(hào)的二維頻譜S(fa;f\)進(jìn)行距離脈壓處理，得到距離脈壓后的回波信號(hào)的二維頻譜相位 Φ (f；，fa;X，R。)，其中，fa為多普勒頻率，為距離頻率，X和R。分別為點(diǎn)目標(biāo)的方位位置和 距離位置； 步驟3,通過(guò)奇異值分解將距離脈壓后的回波信號(hào)的二維頻譜相位Φ (f；，fa;X，R。）中 的多普勒頻率fa和點(diǎn)目標(biāo)的方位位置X進(jìn)行分解，得到分解后的二維頻譜相位Φ (f\，fa; X)，Φ (fr，fa;X) = U ! (fr;X) V ! (fr;f a)+U2 (fr;X) V 2 (fr;f a)，其中，U1 (fr;X)、U 2 (fr;X)、V ! (fr; fa)以及V2(f；;fa)為奇異值分解得到的多項(xiàng)式； 步驟4,將分解后的二維頻譜相位Φ (f；，fa;X)中的多項(xiàng)式V i (f；;f a)進(jìn)行線性插值，具 體地，求出多項(xiàng)式V1 (fr;f J的最大值max (V1Cf1^f J)和最小值min (V1Cf1^f J )，在多項(xiàng)式 V1(If1^fa)的最大值max (V1(IfrD)至Ij最小值min (V1(Gfa))的范圍內(nèi)進(jìn)行均勾線性插值， 并將多項(xiàng)式J的線性插值記為V 1;則線性插值后的多項(xiàng)式￥ Jf1^f J的自變量多普 勒頻率fa變換為f a' (V1);得到插值后的相位f (f；，C (V1) ；X)； 步驟5,將插值后的相位Φ' (f；，fa' (V1) ;X)進(jìn)行相位擾動(dòng)處理，再進(jìn)行聚焦，得到目 標(biāo)的地球同步軌道SAR圖像。2. 如權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的地球同步軌道SAR成像方法，其特征在于，步 驟4中所述插值后的相位Φ ' (f；，C (V1) ;X)的表達(dá)式為：3. 如權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的地球同步軌道SAR成像方法，其特征在于，所 述步驟5的具體子步驟為： 5. 1將插值后的相位Φ ^ (f；，C (V1) ;X)通過(guò)逆傅里葉變換從多普勒域變換到方位 時(shí)域，并忽略三次以上方位時(shí)間項(xiàng)，得到方位時(shí)域相位Φ ^ (ta;X)為其中，U1 (X)、U2⑴以及U3⑴為點(diǎn)目標(biāo)的方位位置X的二階多項(xiàng)式； 5. 2構(gòu)造相位擾動(dòng)函數(shù)A為相位擾動(dòng)函數(shù)的系數(shù)，引入相位擾動(dòng)函數(shù)的相位 Φ (ta；X) = Φ r α3;Χ) + ζ (ta);將引入相位擾動(dòng)函數(shù)的相位Φ (ta;X)變換到多普勒域， 得到多普勒域的相位Φ (C (V1) ;X)為其中，的⑷為多普勒三次項(xiàng)系數(shù)，近似為常數(shù)，p3(X)，(Xu)，X。為場(chǎng)景中心點(diǎn)的方 位位置；外(幻為多普勒二次項(xiàng)系數(shù)，，a。、ai、a2為多普勒二次項(xiàng)系數(shù) 約:(1)的擬合系數(shù)；P1(X)為多普勒一次項(xiàng)系數(shù)，b。、bp b2為多普勒一 次項(xiàng)系數(shù)P1(X)的擬合系數(shù)，為多普勒常數(shù)項(xiàng)； 5. 3對(duì)多普勒域的相位Φ (fa' (V1) ;X)進(jìn)行匹配濾波，即去除Φ (C (V1) ;X)的多普 勒三次項(xiàng)以幻.^)3,得到匹配濾波后的相位V (fa' (Vl);x)為令％/^= a2/b2，求解相位擾動(dòng)函數(shù)的系數(shù)A ;再通過(guò)奇異值分解將匹配濾波后的相位 V (C (V1) ;X)轉(zhuǎn)化為 V (C (V1) ；X) = G(fr；X)F(f r；f ar (V1))的形式，其中， G(f；;X)為只包含與多普勒頻率fa無(wú)關(guān)的因子的函數(shù)，F(xiàn)(fr;fV (V1))為只包含與點(diǎn)目標(biāo) 的方位位置X無(wú)關(guān)的因子的函數(shù)； 5. 4將只包含與點(diǎn)目標(biāo)的方位位置X無(wú)關(guān)的因子的函數(shù)F(f；;fa' (V1))進(jìn)行線性 插值，具體地，求出F(f；;fa' (V1))的最大值max^f^fV (V1)))和最小值min(F(f；; fa' (V1))).在 F(fr;fa' (V1))的最大值 max(F(fr;fa' (V1)))到最小值 min(F(fr; fV (V1)))的范圍內(nèi)進(jìn)行均勻線性插值，并將F(f；;fa' (V1))的線性插值記為F;將只包 含與多普勒頻率匕無(wú)關(guān)的因子的函數(shù)G(f\;X)進(jìn)行線性插值，具體地，求G(f\;X)的最大 值 max (G (fr;X))和最小值 min (G (f r;X))，在 G (f r;X)的最大值 max (G (f r;X))到最小值 min(G(f；;X))的范圍內(nèi)進(jìn)行均勻線性插值，并將G(f ^X)的線性插值記為G' (f\;X);則匹 配濾波后的相位Φ ' (C (V1) ;X)轉(zhuǎn)化為Φ ' (fa;X) = G' (f r;X)F的形式；解調(diào)后的 回波信號(hào)s (仁ta)的二維頻譜S (fa;f J轉(zhuǎn)化為S (fa' (V1) 的形式； 5.5將解調(diào)后的回波信號(hào)S(t，ta)的二維頻譜S(fa;〇的轉(zhuǎn)化形式S(f a' (V1) ;f；)進(jìn) 行聚焦，聚焦結(jié)果J (X ;f；)的表達(dá)為：
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于奇異值分解的地球同步軌道SAR成像方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)地球同步軌道衛(wèi)星SAR發(fā)射調(diào)頻脈沖信號(hào)，對(duì)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，得到解調(diào)后的回波信號(hào)s(tr,ta)；(2)利用級(jí)數(shù)反演法得到解調(diào)后的回波信號(hào)的二維頻譜S(fa；fr)，對(duì)其進(jìn)行距離脈壓處理，得到距離脈壓后的回波信號(hào)的二維頻譜相位Φ(fr,fa；X,R0)；(3)通過(guò)奇異值分解(SVD)將距離脈壓后的回波信號(hào)的二維頻譜相位Φ(fr,fa；X,R0)中的多普勒頻率和點(diǎn)目標(biāo)的方位位置進(jìn)行分解，得到分解后的二維頻譜相位Φ(fr,fa；X)；(4)將分解后的二維頻譜相位Φ(fr,fa；X)中的多項(xiàng)式v1(fr；fa)進(jìn)行線性插值，得到插值后的相位Φ′(fr,fa′(v1)；X)；(5)將插值后的相位Φ′(fr,fa′(v1)；X)進(jìn)行相位擾動(dòng)處理，再進(jìn)行聚焦，得到目標(biāo)的地球同步軌道SAR圖像。
【IPC分類(lèi)】G01S13/90
【公開(kāi)號(hào)】CN105182335
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510547715
【發(fā)明人】孫光才, 符吉祥, 張慶君, 于海峰, 董祺, 陳濺來(lái), 邢孟道
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué), 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日