專利名稱：基于直達(dá)波的雙基地sar無(wú)同步回波聚焦成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于直達(dá)波的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法，屬于合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
與單基地雷達(dá)相比，雙基地雷達(dá)收發(fā)分置的特殊配置使其具有配置靈活、獲取信息豐富、抗攔截、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用前景使得雙基地雷達(dá)近幾年來(lái)越來(lái)越受到青睞。雙基地雷達(dá)包括很多種配置模式。按照收發(fā)平臺(tái)的類型來(lái)分，主要包括星載雙基地SAR、機(jī)載雙基地SAR、星機(jī)雙基地SAR、地機(jī)雙基地SAR等。基于星載輻射源的被動(dòng)SAR是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。該系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是較低的實(shí)現(xiàn)成本和多樣化的功能，使其具有巨大的應(yīng)用潛能。但是，由于收、發(fā)平臺(tái)分置，其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存在一系列新的技術(shù)問(wèn)題。同步問(wèn)題是首先需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。同步包括時(shí)間同步、相位(相參)同步和空間同步，即所謂“三大同步”。(I)時(shí)間同步。接收雷達(dá)要想取得所需目標(biāo)的回波，就需要精確地預(yù)知需要的回波到達(dá)時(shí)間，以便在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間對(duì)進(jìn)入天線的電磁波進(jìn)行采樣。(2)空間同步。其目的是要保證主動(dòng)發(fā)射與被動(dòng)接收的兩個(gè)雷達(dá)的波束，都指向同一目標(biāo)地面，并在地面有足夠的重合以保證被動(dòng)雷達(dá)成像的品質(zhì)。(3)相位(相參)同步。使被動(dòng)雷達(dá)的本振與主動(dòng)雷達(dá)的發(fā)射在相位上保持一定的關(guān)系并將同步誤差控制在一定范圍內(nèi)。在實(shí)際的星載輻射源的被動(dòng)SAR系統(tǒng)中，空間同步可以通過(guò)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的協(xié)調(diào)來(lái)進(jìn)行控制，而時(shí)間同步和相位同步的問(wèn)題比較復(fù)雜，而且如果同步問(wèn)題沒(méi)有解決的話，進(jìn)而會(huì)影響下一步的成像處理。由于實(shí)際中常常無(wú)法得到精確的發(fā)射機(jī)軌道參數(shù)、斜視角等參數(shù)，因此無(wú)法對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行同步處理。因此，需要提出一種能夠較為準(zhǔn)確獲取目標(biāo)軌道參數(shù)和斜視角的方法，從而實(shí)現(xiàn)雙基地SAR無(wú)同步回波聚集成像，其對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理尤其重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了在忽略復(fù)雜的同步處理的前提下，提供一種簡(jiǎn)便和快速的基于直達(dá)波的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法。本發(fā)明方法是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明基于直達(dá)波的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法，其核心為設(shè)定M個(gè)斜視角Θ和N個(gè)多普勒中心頻率fd。，選定一斜視角和N個(gè)多普勒中心頻率fd。構(gòu)成N個(gè)二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，獲取最優(yōu)多普勒中心頻率fd。—best ;令最優(yōu)多普勒中心頻率fd?！猙est和M個(gè)斜視角Θ構(gòu)成M個(gè)二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，獲取最優(yōu)的斜視角Θ best;利用最優(yōu)多普勒中心頻率fdc; best和最優(yōu)斜視角Θ best構(gòu)成最優(yōu)二次匹配濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)回波的二次距離壓縮，然后對(duì)壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行進(jìn)一步處理獲取SAR地距圖像。一種基于直達(dá)波信號(hào)的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法，具體步驟為步驟一、設(shè)定M個(gè)斜視角Θ和N個(gè)多普勒中心頻率fd。;步驟二、將目標(biāo)回波進(jìn)行時(shí)域脈沖壓縮；然后，在二維時(shí)域提取目標(biāo)回波中的直達(dá)波峰值點(diǎn)相位φ，并根據(jù)所述$估計(jì)多普勒調(diào)頻家f1t，步驟三、從步驟一設(shè)置的M個(gè)斜視角Θ中選定一個(gè)作為參考斜視角，將參考斜視角、多普勒調(diào)頻率和N個(gè)多普勒中心頻率fd。分別組成N個(gè)二次匹配濾波器，利用所述N個(gè)二次匹配濾波器分別對(duì)步驟二時(shí)域脈沖壓縮后的目標(biāo)回波在二維頻域進(jìn)行二次距離壓縮，得到N幅圖像，求取N幅圖像中每一幅的圖像對(duì)比度；步驟四、在步驟三得到N幅圖像的基礎(chǔ)上，找出圖像對(duì)比度最大的那幅圖像所對(duì)應(yīng)的多普勒中心頻率，并將其當(dāng)作最優(yōu)多普勒中心頻率fd?！猙est ;步驟五、將最優(yōu)多普勒中心頻率fd。best、多普勒調(diào)頻率[和步驟一中的M個(gè)斜視
角Θ組合成M個(gè)二次匹配濾波器，利用所述M匹配濾波器分別對(duì)少驟二中時(shí)域壓縮后的目標(biāo)回波在二維頻域進(jìn)行二次距離壓縮，得到M幅圖像，求取M幅圖像中每一幅的對(duì)比度；步驟六、找出步驟五得到的M幅圖像中對(duì)比度最大的那幅圖像所對(duì)應(yīng)的斜視角，并將其當(dāng)作最優(yōu)斜視角Q best;步驟七、利用^、fdc; best和Θ best組成最優(yōu)二次匹配濾波器，利用該最優(yōu)二次匹
配濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)域壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，然后對(duì)二次距離壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行進(jìn)一步處理，獲取SAR地距圖像。有益效果本發(fā)明利用N個(gè)不同多普勒中心頻率構(gòu)成的二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行處理，獲取最優(yōu)的多普勒中心頻率；本發(fā)明利用M個(gè)斜視角構(gòu)成的二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行處理，獲取最優(yōu)的斜視角；利用最優(yōu)斜視角和最優(yōu)多普勒中心頻率構(gòu)成的二次匹配濾波器，其能夠在回波數(shù)據(jù)脫離復(fù)雜的時(shí)間同步和相位同步的條件下，實(shí)現(xiàn)在小場(chǎng)景內(nèi)回波的精確聚焦成像，對(duì)于大的場(chǎng)景則可實(shí)現(xiàn)快速的粗成像，因此，該算法對(duì)于實(shí)際實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后處理意義很大。


圖I為雙基地SAR —站固定模式的幾何構(gòu)型。圖2為本發(fā)明成像方法的流程圖。圖3表示二次匹配濾波器兩次一維尋優(yōu)結(jié)果。其中(a)表示對(duì)多普勒中心頻率fd。的一維尋優(yōu)結(jié)果，(b)顯示了對(duì)斜視角Θ的一維尋優(yōu)結(jié)果。圖4表示距離多普勒域回波二次距離壓縮以及距離徙動(dòng)校正后的結(jié)果。其中(a)表示回波二次距離壓縮后的結(jié)果，(b)表示距離徙動(dòng)校正后的結(jié)果。圖5為方位向處理完后的SAR斜距圖像。圖6為圖4進(jìn)行幾何校正后的SAR地距圖像以及Google地面圖像。其中(a)為幾何校正后的SAR圖像，(b)為實(shí)際的Google圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作在雙基地一站固定(接收機(jī)固定)模式下，設(shè)定以下參數(shù)發(fā)射機(jī)斜視角為Θ，方位向多普勒中心頻率為fd。，方位向多普勒調(diào)頻率為，發(fā)射機(jī)的運(yùn)行速度為V，發(fā)射機(jī)工作波長(zhǎng)為λ，發(fā)射信號(hào)的脈沖寬度為Tp，c為光速，二次距離壓縮匹配濾波器的調(diào)頻率為kSTC，目標(biāo)的雙站距離和為R，方位中心時(shí)刻目標(biāo)的雙站距離和為Rtl,方位時(shí)間為η，方位頻率為fn，脈沖重復(fù)頻率為PRF，發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)s(t)=exp(j π Krt2+j2 π f0t);其中，t為快時(shí)間,K1^表示調(diào)頻斜率，表示載頻。由于實(shí)際中常常無(wú)法得到精確的發(fā)射機(jī)軌道參數(shù)、斜視角、下視角等參數(shù)，因此無(wú)法對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行同步處理。下面給出對(duì)無(wú)同步回波進(jìn)行聚焦成像方法的流程。 在本實(shí)施例中，采用實(shí)際的一戰(zhàn)固定雙基地SAR系統(tǒng)，衛(wèi)星作為發(fā)射機(jī)，接收機(jī)則固定在平臺(tái)上。系統(tǒng)參數(shù)如下波長(zhǎng)L波段接收機(jī)高度24m場(chǎng)景寬度3km場(chǎng)景長(zhǎng)度5km脈寬寬度Tp :33 μ s距離向帶寬B 60MHz采用本發(fā)明所述的基于直達(dá)波信號(hào)的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法完成該雙基地SAR的成像實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理，如圖2所示，其具體步驟為步驟一、根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)，設(shè)定M個(gè)斜視角Θ和N個(gè)多普勒中心頻率fd。。本實(shí)施例中M個(gè)斜視角Θ從范圍[-4° ,0° ]中選取，N個(gè)多普勒中心頻率fd。從范圍[-5000Hz, 5000Hz]中選取。步驟二、將目標(biāo)回波進(jìn)行時(shí)域脈沖壓縮，然后，在二維時(shí)域提取目標(biāo)回波中直達(dá)波的峰值點(diǎn)$，并根據(jù)所述P相位估計(jì)多普勒中心頻率&和多普勒調(diào)頻率fA該步驟的具體過(guò)程為取出直達(dá)波峰值點(diǎn)相位φ =七，在方位時(shí)間H=O處展開(kāi)可得
權(quán)利要求
1.一種基于直達(dá)波信號(hào)的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦算法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、設(shè)定M個(gè)斜視角Θ和N個(gè)多普勒中心頻率fd。；步驟二、將目標(biāo)回波進(jìn)行時(shí)域脈沖壓縮；然后，在二維時(shí)域提取目標(biāo)回波中的直達(dá)波峰值點(diǎn)相位φ，并根據(jù)所述P估計(jì)多普勒調(diào)頻率/步驟三、從步驟一設(shè)置的M個(gè)斜視角Θ中選定一個(gè)作為參考斜視角，將參考斜視角、多普勒調(diào)頻率和N個(gè)多普勒中心頻率fd。分別組成N個(gè)二次匹配濾波器，利用所述N個(gè)二次匹配濾波器分別對(duì)步驟二時(shí)域脈沖壓縮后的目標(biāo)回波在二維頻域進(jìn)行二次距離壓縮，得到N幅圖像，求取N幅圖像中每一幅的圖像對(duì)比度；步驟四、找出步驟三得到的N幅圖像中對(duì)比度最大的那幅圖像所對(duì)應(yīng)的多普勒中心頻率，并將其當(dāng)作最優(yōu)多普勒中心頻率fd。—best ;步驟五、將最優(yōu)多普勒中心頻率fd?！猙est、多普勒調(diào)頻率和步驟一中的M個(gè)斜視角Θ組合成M個(gè)二次匹配濾波器，利用所述M匹配濾波器分別對(duì)步驟二中時(shí)域壓縮后的目標(biāo)回波在二維頻域進(jìn)行二次距離壓縮，得到M幅圖像，求取M幅圖像中每一幅的對(duì)比度；步驟六、找出步驟五得到的M幅圖像中對(duì)比度最大的那幅圖像所對(duì)應(yīng)的斜視角，并將其當(dāng)作最優(yōu)斜視角Q best;步驟七、利用/*、fd?！猑^和Q best組成最優(yōu)二次匹配濾波器，利用該最優(yōu)二次匹配濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)域壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，然后對(duì)二次距離壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行進(jìn)一步處理，獲取SAR地距圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于直達(dá)波信號(hào)的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦算法，其特征在于，所述步驟一中M個(gè)斜視角Θ從范圍[-4° ,0° ]中選取，N個(gè)多普勒中心頻率fd。從范圍[-5000Hz, 5000Hz]中選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于直達(dá)波信號(hào)的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦算法，其特征在于，所述步驟二的具體過(guò)程為取出直達(dá)波峰值點(diǎn)相位爐
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于直達(dá)波的雙基地SAR無(wú)同步回波聚焦成像方法，其核心為設(shè)定M個(gè)斜視角θ和N個(gè)多普勒中心頻率fdc，選定一斜視角和N個(gè)多普勒中心頻率fdc構(gòu)成N個(gè)二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，獲取最優(yōu)多普勒中心頻率fdc_best；令最優(yōu)多普勒中心頻率fdc_best和M個(gè)斜視角θ構(gòu)成M個(gè)二次匹配濾波器對(duì)目標(biāo)回波進(jìn)行二次距離壓縮，獲取最優(yōu)的斜視角θ_best；利用最優(yōu)多普勒中心頻率fdc_best和最優(yōu)斜視角θ_best構(gòu)成最優(yōu)二次匹配濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)回波的二次距離壓縮，然后對(duì)壓縮后的目標(biāo)回波進(jìn)行進(jìn)一步處理獲取SAR地距圖像。該方法能夠在回波數(shù)據(jù)脫離復(fù)雜的時(shí)間同步和相位同步的條件下，快速獲取目標(biāo)成像。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102937709SQ201210392588
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者曾濤, 胡程, 吳立薪, 劉飛峰, 倪崇 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)