任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法

2023-07-29 21:42:46 2

任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法
【專利摘要】本發明公開了一種任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法；其包括以下步驟：初始化參數、離散化GBSAR頻譜相位、頻譜相位空間函數近似、頻譜相位頻率函數近似和加權求和得到簡化表達式。本發明的有益效果是：本發明的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，利用離散線性最小二乘方法對GBSAR頻譜相位中的空間複合函數、頻率複合函數分別進行線性擬合，將GBSAR頻譜相位由多項式之和簡化為二項式之和，進而依據該簡化式可應用高效頻域成像處理技術高效地實現聚焦成像，高效、高精度的實現了GBSAR頻譜簡化。
【專利說明】任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於雷達【技術領域】，尤其涉及一種任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜 簡化方法。

【背景技術】
[0002] 任意構型雙基地合成孔徑雷達（Generalbistaticsyntheticapertureradar, 簡稱GBSAR)是發射機、接收機分置於衛星、飛機以及靜止站等多種類型平臺之上，且平臺 間以任意幾何構型而構成的二維成像系統。由於系統平臺的多樣性和幾何構型的任意性， GBSAR系統可以對感興趣目標區域進行多角度靈活偵察，從而獲得豐富的目標散射信息。因 此，GBSAR系統可以應用於全天時、全天候的飛行器自主導航、目標偵察與識別等領域，為 國民經濟的發展和國家安全發揮重要的作用。德國宇航局（FGAN)高頻物理與雷達技術研 究所（FHR)於2006年和2009年11月分別實施了機載-機載雙基地合成孔徑雷達系統實 驗、以及星載-機載雙基地合成孔徑雷達系統試驗，中國科學院電子所於2012年實施了星 載-靜止平臺雙基地合成孔徑雷達系統實驗，這些系統實驗驗證了多平臺、多構型雙基地 合成孔徑雷達二維成像的可行性。
[0003] GBSAR系統涵蓋了多種特殊類型的雙基地合成孔徑雷達系統，是多種類型雙基地 合成孔徑雷達的統稱。GBSAR系統回波頻譜模型是揭示多種雙基地合成孔徑雷達系統回 波信號頻域特徵、構建通用頻域成像算法的必要前提和基礎。然而由於系統平臺的多樣 性以及構型的任意性，GBSAR系統二維頻譜解析式形式相較於單基地合成孔徑雷達、以及 某些特殊構型的雙基地合成孔徑雷達的頻譜複雜程度大大增加。由文獻1 (Y.L.Neo,F. Wong,andI.G.Cumming,"Atwo-dimensionalspectrumforbistaticSARprocessing usingseriesreversion,，'IEEEGeosci.RemoteSens.Lett. ,vol. 4,no. 1,pp. 93 -96,Jan. 2007)可知，GBSAR系統的頻譜是關於目標二維位置以及回波二維頻率的高階多項 式之和，且目標位置與頻率之間存在複雜的高階耦合，而目前基於快速傅立葉變換（FFT) 的頻域成像處理技術無法對這種複雜解析式進行高效處理，因此，無法直接利用多項式和 形式的GBSAR頻譜實現高效頻域聚焦成像。目前，有代表性的GBSAR頻譜簡化方法有西 安電子科技大學LiDong等提出的針對目標二維空間位置的泰勒近似簡化方法（D.Li，G. Liao,ff.Wang,Q.Xu,"Extendedazimuthnonlinearchirpscalingalgorithmfor bistaticSARprocessinginhigh-resolutionhighlysquintedmodegeoscience andremotesensingletters,，'IEEEGeosci.Rem.Sens.Lett. ,vol. 11,no. 6,pp. 1134 -1138,June2014.)，以及電子科技大學張曉玲等提出的針對基於一階泰勒近似的簡化方 法（C.Dai,X.Zhang, "0mega-KalgorithmforbistaticSARwitharbitrarygeometry configuration,，'JournalofElectromagneticwavesandapplications,vol. 25,no. 11 -12,pp. 1564-1576, 2011)。然而，由於泰勒近似的局部性，這些方法只能用於目標場景範圍 小、或者空變性小的某些特殊構型的雙基地合成孔徑雷達系統中。因此，現有的雙基地合成 孔徑雷達頻譜簡化方法不適於多種平臺、任意構型GBSAR大場景高性能成像的實際應用需 求。


【發明內容】

[0004] 本發明的發明目的是：為了解決以上問題，本發明提出了一種任意構型雙基地合 成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，以期克服無法正確簡化多平臺、任意構型GBSAR大場景回 波頻譜的局限性，擴展頻域成像處理算法的通用性，滿足多種平臺、任意構型GBSAR大場景 高性能成像的實際應用需求。
[0005] 為了方便描述本發明的內容，首先作以下術語定義：
[0006] 定義1、離散線性最小二乘方法（DLLS)
[0007] 設線性方程組Ax=b，其中A是一個m行n列的矩陣，且是該線性方程組的係數矩 陣，

【權利要求】
1. 一種任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在於，包括以下步 驟： A、 對前視雙基地合成孔徑雷達成像系統參數進行初始化處理， 其中，前視雙基地合成孔徑雷達成像系統參數具體包括：雷達系統發射的信號中心頻 率，雷達發射信號波長A，雷達系統發射信號帶寬B，雷達系統發射信號調頻斜率y，雷 達系統脈衝重複頻率PRF，雷達系統距離向採樣點數M，雷達系統方位向採樣點數N，發射平 臺在初始時刻的空間位置[xTO，yTO，ZTO]，接收平臺在初始時刻的空間位置[ XK(l，yK(l，ZKI];發 射平臺的速度大小vT，接收平臺的速度大小vK，發射和接收平臺運動速度方向夾角^; B、 根據任意構型雙基地合成孔徑雷達系統距離壓縮後回波二維頻譜解析式，得到頻譜 相位va，n ;x，y)，並將頻譜相位va，n ;x，y)按照二維空間位置和二維頻率進行均 勻離散化，得到離散化的頻譜相位，乃）； C、 採用離散線性最小二乘方法，將步驟B中得到的離散化頻譜相位識中的 空間函數sp，p彡2,表示為空間函數Stl和空間函數S1的線性函數； D、 採用離散線性最小二乘方法，將步驟B中得到的離散化頻譜相位心為;)中的 頻率函數fp，P彡2,表示為頻率函數g(l和頻率函數gl的線性函數； E、 利用步驟C得到的空間函數Stl和空間函數S1的線性函數及步驟D中得到的頻率函 數g(l和頻率函數gl的線性函數對離散化頻譜相位進行加權求和，得到離散 化頻譜相位的簡化表達式。
2. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述任意構型雙基地合成孔徑雷達系統距離壓縮後回波二維頻譜解析式，具體為： D(l, n) =I f 〇 (x, y) exp (-j'2 31 ￥ (I , n ；x, y)) dxdy 其中，€為發射信號頻率，n為都卜勒頻率，〇 (X，y)為位於（X，y)處目標的散射系 數，V (I，n ;X, y)為頻譜相位，j為虛數單位。
3. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述頻譜相位V U，n ;x，y)的表達式，具體為：
其中，P為整數，P彡4, Sp為關於二維空間位置的複合函數，fp為關於二維頻率的複合 函數，P = 0,1，…，P。
4. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述離散化頻譜相位的表達式，具體為：
其中，€ m，n n分別為二維頻率離散點位置，X i，y i分別為二維空間位置離散點位置，m，n 分別為二維頻率編號，i，1分別為二維空間位置編號。
5. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述將步驟B中得到的離散化頻譜相位，乃）中的空間函數sp，p>2,表示為空 間函數Stl和空間函數S1的線性函數，具體為： ^ (xi>y,)=aS,, -? Ixi^yl)+PI-h (xi>y,)+Ixi^yl) 其中，巧是利用最小二乘方法獲得的加權係數，
6. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述將步驟B中得到的離散化頻譜相位^4,中的頻率函數fp，P>2,表示為頻 率函數gc!和頻率函數gi的線性函數，具體為： Sp (￠/115?) 'IsO ($"-- 5? ) + /-- '4>1 (^HJ ?> P (^IH y^ln ) 其中，
4/),(4，％) = 卜。/(麼"％)-摩％(4,，％): fp，p = 〇, 1，? ? ?，P 是關於二維頻率 的複合函數：./;,(#，/?)=[士]'
7. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述離散化頻譜相位的簡化表達式，具體為：
8. 如權利要求1所述的任意構型雙基地合成孔徑雷達回波頻譜簡化方法，其特徵在 於：所述離散線性最小二乘方法，具體為： 設定線性方程組Ax = b，其中，A為一個L行K列的矩陣且A為線性方程組Ax = b的
A, b為已知量，L>K ;解得x的解為x = (AAWb, x滿足
【文檔編號】G01S7/41GK104330786SQ201410713788
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月29日 優先權日:2014年11月29日
【發明者】孫明珠, 蔡德榮, 衛強, 董愛先, 劉喆 申請人:中國人民解放軍91635部隊