一種固定發射站雙基正側視sar成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達技術領域，它特別涉及合成孔徑雷達成像技術中的固定發射站雙 基正側視SAR的成像方法。
【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種全天時、全天候的現代高 分辨率微波遙感成像雷達，它利用雷達天線和目標區域間的相對運動來獲得空間的高分辨 率。在地形測繪、植被分析、海洋及水文觀測、環境及災害監視、資源勘探以及地殼微變檢測 等領域，合成孔徑雷達發揮了越來越重要的作用。
[0003] 雙基SAR是一種新的雷達體制，系統發射站和接收站分置于不同平臺上。相對單 基SAR而言，具有獲取目標信息豐富、作用距離遠、安全性好、抗干擾能力強等優點，因而使 其成為當今高科技條件下不可取代的一種探測、偵測方式，在軍民方面都有著重大的研宄 價值與廣泛的應用前景。
[0004] 固定發射站雙基正側視SAR(ST-BSSAR)是指發射站固定，接收站正側視接收的雙 基SAR。與單基SAR和兩平臺并行運動的雙基SAR不同，ST-BSSAR由于收發雙站相對位置隨 著時間而變化，導致相同雙基斜距和的目標具有不同的距離徙動和不同的多普勒調頻率， 這種問題稱之為方位空變；加之具有傳統單基SAR相同的距離空變，因而ST-BSSAR距離徙 動和方位多普勒調頻率具有二維空變問題。
[0005] 在文獻：New applications of nonlinear chirp scaling in SAR data processing, Wong, F. ff. ；Yeo, T. S. , IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 39, no. 5, pp. 946 - 953, 2001,文獻：An improved NLCS algorithm with capability analysis for one-stationary BiSAR，Xiaolan Qiu,Donghui Hu, IEEE Trans.Geosci. Remote Sens.，vol. 46, no. lOPart 2, pp. 3179 - 3186, 2008 中，提出 了一種非線性 Chirp Scaling(CS)方法來補償同一距離門內的不同調頻率，使其達到相等，但是這種方法忽略了 沿方位向距離單元徙動的空變，這在方位向大空變的情況下將會引入更大的誤差，甚至會 導致算法的失效，因此不能應用于ST-BSSAR。
[0006] 在文獻：Focusing bistatic sar data in airborne/stationary configuration, Wang, R. , Loffeld, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. , vol. 48, no. 1, pp. 452 - 465, 2010中，提出了一種基于數據分塊的方法，該方法在每一個數據塊內忽略二 維空變性的影響，但是這種方法只適合方位向范圍變化不大的情況，而且數據分塊還降低 了處理的效率。
【發明內容】
[0007] 本發明為解決上述技術問題，提出一種固定發射站雙基正側視SAR成像方法。
[0008] 本發明采用的技術方案是：一種固定發射站雙基正側視SAR成像方法，包括以下 步驟：
[0009] A、建立ST-BSSAR空間幾何結構，并對參數進行初始化；
[0010] B、計算ST-BSSAR到地面任意點目標的雙基距離和，并根據得到的雙基距離和獲 取點目標回波，并對點目標回波進行下變頻；
[0011] C、獲取經步驟B下變頻后的點目標回波的二維頻域表達式，進行距離向脈沖壓 縮，得到距離脈沖壓縮后的點目標回波；
[0012] D、對由步驟C得到的點目標回波進行第一次頻-頻坐標變換，得到第一次頻-頻 坐標變換處理后的點目標回波；
[0013] E、根據方位向非線性調頻變標函數對第一次頻-頻坐標變換后的點目標回波，進 行非線性調頻變標處理；
[0014] F、對由步驟E得到的非線性調頻變標處理后的點目標回波進行第二次頻-頻坐標 變換，得到第二次頻-頻坐標變換處理后的點目標回波；
[0015] G、對由步驟F得到的點目標回波進行二維傅里葉反變換，得到ST-BSSAR圖像。
[0016] 進一步地，所述步驟A建立ST-BSSAR空間幾何結構，具體包括：在直角坐標系 中，場景中心設為坐標原點0,設P(x，y，〇)為地面任意目標，發射站固定，其位置坐標為 (x T，yT，HT)，接收站零時刻的位置坐標為（xK，0, HK);
[0017] 其中，x為該地面目標的X軸坐標，y為該地面目標的Y軸坐標；xT為發射站的X軸 坐標，y T為發射站的Y軸坐標，H T為發射站的Z軸坐標；x K為接收站的X軸坐標，H K為接收 站的Z軸坐標；接收站的飛行速度為V，飛行方向與Y軸平行。
[0018] 進一步地，所述步驟B計算ST-BSSAR到地面任意點目標的雙基距離和的公式為：
[0019] R(t ；x, y) =Rt (x, y) +RE(t ；x, y)
[0020] 其中，
為固定發射站到P(x，y，〇)的距離；
為接收站到P(x，y，0)的距離，t表示方位時間變量。
[0021] 更進一步地，所述步驟B根據得到的雙基距離和獲取點目標回波，并對點目標回 波進行下變頻，具體公式為：
[0022] 其中，t為距離向時間變量，?]代表距離時間窗，Wa[ ?]為方位時間窗，tc = y/V，k是發射信號的調頻斜率，c為電磁波速度，&為發射信號中心頻率。
[0023] 進一步地，所述步驟C二維頻域表達式的相位為：
[0025]其中，
，
為接收站到目標P (x，y，〇)的最近斜距；
[0026] 距離壓縮后的0 2df表達式為：
[0028] 進一步地，所述步驟D第一次頻-頻坐標變換關系為：
[0030] 其中，ft'為第一次頻-頻坐標變換后的方位頻率變量，&為發射信號中心頻率， fT為距離頻率變量。
[0031] 進一步地，所述步驟E非線性調頻變標處理具體包括：首先，設ka(x，y)為同一距 離單元內坐標為（x，y)的目標的多普勒調頻率，k a(xMf，yMf)為該距離單元內參考目標的多 普勒調頻率；
[0032] 其中，x,efS該參考目標的X軸坐標，y #為該參考目標的Y軸坐標；
[0033] 其次，算出多普勒調頻率的差分為：
[0034] A ka (x, y) = ka (x, y) -ka (xref, yref)
[0035] 對A ka(x，y)沿方位時間進行二次積分，得到多普勒調頻率均衡函數的相位，記為 ⑴，從而得到方位向非線性調頻變標函數為 Snies⑴=exp{j<i)nles(t)};
[0036] 然后，將一次頻-頻坐標變換后的數據與snlc:s(t)相乘，完成了對同一距離單元內 多普勒調頻率的均衡，均衡后的0' 2df變為
[0038] 最后，采用如下參考函數
[0040] 去除均衡后9 ' 2df中方位頻率的二次項，9 ' 2df變為：
[0042] 進一步地，所述步驟F第二次頻-頻坐標變換關系為：
[0044] 其中，ft'為第一次頻-頻坐標變換后的方位頻率變量，&為發射信號中心頻率， fT為距離頻率變量。
[0045] 本發明的有益效果：本發明的一種固定發射站雙基正側視SAR成像方法本，首先 采用第一次頻-頻坐標變換，去除空變的距離彎曲；其次進行非線性調頻變標處理，完成 對空變多普勒調頻率的均衡；再采用第二次頻-頻坐標變換，去除空變的距離徙動；最后 利用二維傅里葉反變換，完成對ST-BSSAR回波的聚焦成像，從而解決了傳統SAR成像方法 和現有雙基SAR成像方法無法解決ST-BSSAR數據處理時的二維空變問題，本發明通過采 用頻-頻坐標變換和方位非線性調頻變標處理相結合，有效解決了固定發射站雙基正側視 SAR距離徙動和方位多普勒調頻率的二維空變問題。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發明提供的一種ST-BSSAR成像方法的流程框圖。
[0047] 圖2是本發明具體實施例采用的ST-BSSAR幾何結構圖。
[0048] 圖3是本發明具體實施例中采用的目標場景布置圖。
[0049] 圖4是經步驟B后的ST-BSSAR回波圖像。
[0050] 圖5是經步驟C后的ST-BSSAR距離壓縮圖像。
[0051] 圖6是經步驟D后的ST-BSSAR第一次頻-頻坐標變換圖像。
[0052] 圖7是經步驟F后的ST-BSSAR第二次頻-頻坐標變換圖像。
[0053] 圖8是本發明【具體實施方式】中的ST-BSSAR成像結果示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 為便于本領域技術人員理解本發明的技術內容，下面結合附圖對本
【發明內容】
進一 步闡釋。
[0055] 如圖1所示為本發明的方案流程圖，本發明的技術方案為：一種固定發射站雙基 正側視SAR成像方法，包括以下步驟：
[0056] A、建立ST-BSSAR空間幾何結構，并對參數進行初始化；
[0057] B、計算ST-BSSAR到地面任意點目標的雙基距離和，并根據得到的雙基距離和獲 取點目標回波，并對點目標回波進行下變頻；
[0058] C、獲取經步驟B下變頻后的點目標回波的二維頻域表達式，進行距離向脈沖壓 縮，得到距離脈沖壓縮后的點目標回波；
[0059] D、對由步驟C得到的點目標回波進行第一次頻-頻坐標變換，得到第一次頻-頻 坐標變換處理后的點目標回波；
[0060] E、根據方位向非線性調頻變標函數對第一次頻-頻坐標變換后的點目標回波，進 行非線性調頻變標處理；
[0061] F、對由步驟E得到的非線性調頻變標處理后的點目標回波進行第二次頻-頻坐標 變換，得到第二次頻-頻坐標變換處理后的點目標回波；
[0062] G、對由步驟F得到的點目標回波進行二維傅里葉反變換，得到ST-BSSAR圖像。
[0063] 本發明主要采用仿真實驗的方式進行驗證，仿真驗證平臺為Matlab2012。下面結 合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。本發明的一種ST-BSSAR成像方法 的流程示意圖如附圖1所示，具體過程如下：
[0064] 所述步驟A、建立ST-BSSAR空間幾何結構，并對參數進行初始化，具體為：本實施 例中采用的ST-BSSAR幾何結構如圖2所示，在直角坐標系中，場景中心設為坐標原點0,設 P(x，y，〇)為地面任意目標，發射站固定，其位置坐標為（x T，yT，HT)，接收站零時刻的