任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法；其包括以下步驟：初始化參數(shù)、離散化GBSAR頻譜相位、頻譜相位空間函數(shù)近似、頻譜相位頻率函數(shù)近似和加權(quán)求和得到簡化表達(dá)式。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，利用離散線性最小二乘方法對GBSAR頻譜相位中的空間復(fù)合函數(shù)、頻率復(fù)合函數(shù)分別進(jìn)行線性擬合，將GBSAR頻譜相位由多項(xiàng)式之和簡化為二項(xiàng)式之和，進(jìn)而依據(jù)該簡化式可應(yīng)用高效頻域成像處理技術(shù)高效地實(shí)現(xiàn)聚焦成像，高效、高精度的實(shí)現(xiàn)了GBSAR頻譜簡化。
【專利說明】任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜 簡化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)（Generalbistaticsyntheticapertureradar, 簡稱GBSAR)是發(fā)射機(jī)、接收機(jī)分置于衛(wèi)星、飛機(jī)以及靜止站等多種類型平臺之上，且平臺 間以任意幾何構(gòu)型而構(gòu)成的二維成像系統(tǒng)。由于系統(tǒng)平臺的多樣性和幾何構(gòu)型的任意性， GBSAR系統(tǒng)可以對感興趣目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行多角度靈活偵察，從而獲得豐富的目標(biāo)散射信息。因 此，GBSAR系統(tǒng)可以應(yīng)用于全天時(shí)、全天候的飛行器自主導(dǎo)航、目標(biāo)偵察與識別等領(lǐng)域，為 國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家安全發(fā)揮重要的作用。德國宇航局（FGAN)高頻物理與雷達(dá)技術(shù)研 究所（FHR)于2006年和2009年11月分別實(shí)施了機(jī)載-機(jī)載雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)實(shí) 驗(yàn)、以及星載-機(jī)載雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)試驗(yàn)，中國科學(xué)院電子所于2012年實(shí)施了星 載-靜止平臺雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，這些系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多平臺、多構(gòu)型雙基地 合成孔徑雷達(dá)二維成像的可行性。
[0003] GBSAR系統(tǒng)涵蓋了多種特殊類型的雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，是多種類型雙基地 合成孔徑雷達(dá)的統(tǒng)稱。GBSAR系統(tǒng)回波頻譜模型是揭示多種雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)回 波信號頻域特征、構(gòu)建通用頻域成像算法的必要前提和基礎(chǔ)。然而由于系統(tǒng)平臺的多樣 性以及構(gòu)型的任意性，GBSAR系統(tǒng)二維頻譜解析式形式相較于單基地合成孔徑雷達(dá)、以及 某些特殊構(gòu)型的雙基地合成孔徑雷達(dá)的頻譜復(fù)雜程度大大增加。由文獻(xiàn)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(tǒng)的頻譜是關(guān)于目標(biāo)二維位置以及回波二維頻率的高階多項(xiàng) 式之和，且目標(biāo)位置與頻率之間存在復(fù)雜的高階耦合，而目前基于快速傅里葉變換（FFT) 的頻域成像處理技術(shù)無法對這種復(fù)雜解析式進(jìn)行高效處理，因此，無法直接利用多項(xiàng)式和 形式的GBSAR頻譜實(shí)現(xiàn)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(xué)LiDong等提出的針對目標(biāo)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(xué)張曉玲等提出的針對基于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，由于泰勒近似的局部性，這些方法只能用于目標(biāo)場景范圍 小、或者空變性小的某些特殊構(gòu)型的雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中。因此，現(xiàn)有的雙基地合成 孔徑雷達(dá)頻譜簡化方法不適于多種平臺、任意構(gòu)型GBSAR大場景高性能成像的實(shí)際應(yīng)用需 求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的是：為了解決以上問題，本發(fā)明提出了一種任意構(gòu)型雙基地合 成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，以期克服無法正確簡化多平臺、任意構(gòu)型GBSAR大場景回 波頻譜的局限性，擴(kuò)展頻域成像處理算法的通用性，滿足多種平臺、任意構(gòu)型GBSAR大場景 高性能成像的實(shí)際應(yīng)用需求。
[0005] 為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語定義：
[0006] 定義1、離散線性最小二乘方法（DLLS)
[0007] 設(shè)線性方程組Ax=b，其中A是一個(gè)m行n列的矩陣，且是該線性方程組的系數(shù)矩 陣，
【權(quán)利要求】
1. 一種任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在于，包括以下步 驟： A、 對前視雙基地合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化處理， 其中，前視雙基地合成孔徑雷達(dá)成像系統(tǒng)參數(shù)具體包括：雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的信號中心頻 率，雷達(dá)發(fā)射信號波長A，雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號帶寬B，雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號調(diào)頻斜率y，雷 達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率PRF，雷達(dá)系統(tǒng)距離向采樣點(diǎn)數(shù)M，雷達(dá)系統(tǒng)方位向采樣點(diǎn)數(shù)N，發(fā)射平 臺在初始時(shí)刻的空間位置[xTO，yTO，ZTO]，接收平臺在初始時(shí)刻的空間位置[ XK(l，yK(l，ZKI];發(fā) 射平臺的速度大小vT，接收平臺的速度大小vK，發(fā)射和接收平臺運(yùn)動速度方向夾角^; B、 根據(jù)任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)距離壓縮后回波二維頻譜解析式，得到頻譜 相位va，n ;x，y)，并將頻譜相位va，n ;x，y)按照二維空間位置和二維頻率進(jìn)行均 勻離散化，得到離散化的頻譜相位，乃）； C、 采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(shù)sp，p彡2,表示為空間函數(shù)Stl和空間函數(shù)S1的線性函數(shù)； D、 采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(shù)fp，P彡2,表示為頻率函數(shù)g(l和頻率函數(shù)gl的線性函數(shù)； E、 利用步驟C得到的空間函數(shù)Stl和空間函數(shù)S1的線性函數(shù)及步驟D中得到的頻率函 數(shù)g(l和頻率函數(shù)gl的線性函數(shù)對離散化頻譜相位進(jìn)行加權(quán)求和，得到離散 化頻譜相位的簡化表達(dá)式。
2. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)距離壓縮后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(fā)射信號頻率，n為多普勒頻率，〇 (X，y)為位于（X，y)處目標(biāo)的散射系 數(shù)，V (I，n ;X, y)為頻譜相位，j為虛數(shù)單位。
3. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述頻譜相位V U，n ;x，y)的表達(dá)式，具體為：
其中，P為整數(shù)，P彡4, Sp為關(guān)于二維空間位置的復(fù)合函數(shù)，fp為關(guān)于二維頻率的復(fù)合 函數(shù)，P = 0,1，…，P。
4. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述離散化頻譜相位的表達(dá)式，具體為：
其中，€ m，n n分別為二維頻率離散點(diǎn)位置，X i，y i分別為二維空間位置離散點(diǎn)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(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述將步驟B中得到的離散化頻譜相位，乃）中的空間函數(shù)sp，p>2,表示為空 間函數(shù)Stl和空間函數(shù)S1的線性函數(shù)，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(quán)系數(shù)，
6. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述將步驟B中得到的離散化頻譜相位^4,中的頻率函數(shù)fp，P>2,表示為頻 率函數(shù)gc!和頻率函數(shù)gi的線性函數(shù)，具體為： Sp (￠/115?) 'IsO ($"-- 5? ) + /-- '4>1 (^HJ ?> P (^IH y^ln ) 其中，
4/),(4，％) = 卜。/(么"％)-摩％(4,，％): fp，p = 〇, 1，? ? ?，P 是關(guān)于二維頻率 的復(fù)合函數(shù)：./;,(#，/?)=[士]'
7. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述離散化頻譜相位的簡化表達(dá)式，具體為：
8. 如權(quán)利要求1所述的任意構(gòu)型雙基地合成孔徑雷達(dá)回波頻譜簡化方法，其特征在 于：所述離散線性最小二乘方法，具體為： 設(shè)定線性方程組Ax = b，其中，A為一個(gè)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(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】孫明珠, 蔡德榮, 衛(wèi)強(qiáng), 董愛先, 劉喆 申請人:中國人民解放軍91635部隊(duì)