一种电离层立体探测星载SAR成像处理平台的构建方法

摘要

本发明是一种电离层立体探测星载SAR成像处理平台的构建方法，它有十二个步骤，步骤一：初始化参数并读入回波信号；步骤二：方位向傅里叶变换；步骤三：乘以Chirp Scaling(CS)因子；步骤四：距离向傅里叶变换；步骤五：乘以距离补偿因子；步骤六：距离向傅里叶逆变换；步骤七：乘以方位补偿因子；步骤八：方位向傅里叶逆变换；步骤九：乘以方位Deramp因子；步骤十：方位向傅里叶变换；步骤十一：横向傅里叶变换；步骤十二：输出三维压缩信号。本发明具有结构简洁、处理速度快的优点，它能生成高分辨率的三维分布图像，实现对顶层电离层不规则体的立体精细观测，为发展新一代电离层空间环境探测有效载荷系统奠定扎实的技术基础。它具有广泛的实用价值和应用前景。

主权项

1、一种电离层立体探测星载SAR成像处理平台的构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：初始化参数并读入回波信号初始化参数，包括光速c，波长λ，距离向信号调频率b，参考斜距R_ref，速度V，读入回波信号sss(τ，t，y_m)；步骤二：方位向傅里叶变换对sss(τ，t，y_m)做方位向的傅里叶变换，即对t做变换，变换到方位向频域，得到sSs(τ，f_t，y_m)，其中，f_t代表方位向频域信号频率；步骤三：乘以Chirp Scaling即CS因子sSs(τ，f_t，y_m)与CS因子Φ₁(τ，f_t)相乘，${\Phi }_1(\tau ,f_t)=\exp \{-\mathrm{j\pi }\frac{b}{1+b{R}_{\mathrm{ref}}\frac{2\lambda }{c^2}·\frac{1-D^2\left(f_t\right)}{D^3\left(f_t\right)}}(\frac{1}{D\left(f_t\right)}-1){\{\tau -\frac{2R_{\mathrm{ref}}}{\mathrm{cD}\left(f_t\right)}\}}^2\}---\left(6\right)$式中，$D\left(f_t\right)=\sqrt{1-{\left(\frac{\lambda f_t}{2V}\right)}^2};$步骤四：距离向傅里叶变换对乘以CS因子后的sSs(τ，f_t，y_m)做距离向的傅里叶变换，即对τ做变换，变换到距离向频域，得到SSs(f_τ，f_t，y_m)，其中，f_τ代表距离向频域信号频率；步骤五：乘以距离补偿因子SSs(f_τ，f_t，y_m)与距离补偿因子Φ₂(f_τ，f_t)相乘，${\Phi }_2(f_{\tau },f_t)=\exp \{-j\frac{\pi {f_{\tau }}^{2}D\left(f_t\right)}{b}[1+b{R}_{\mathrm{ref}}\frac{2\lambda }{c^2}·\frac{1-D^2\left(f_t\right)}{D^3\left(f_t\right)}\left]\right\}$                   (7)$·\exp \left\{j\frac{4\pi }{c}{f}_{\tau }{R}_{\mathrm{ref}}(\frac{1}{D\left(f_t\right)}-1)\right\}$步骤六：距离向傅里叶逆变换对乘以距离补偿因子后的SSs(f_τ，f_t，y_m)做距离向傅里叶逆变换，变换到距离向时域，得到sSs(τ，f_t，y_m)，至此完成了距离向信号压缩；步骤七：乘以方位补偿因子sSs(τ，f_t，y_m)与方位补偿因子Φ₃(τ，f_t)相乘，${\Phi }_3(\tau ,f_t)=\exp \{-j\frac{2\mathrm{\pi c\tau }}{\lambda }[1-D\left(f_t\right)\left]\right\}$$·\exp \left\{j\frac{4\pi }{c^2}\frac{b}{1+b{R}_{\mathrm{ref}}\frac{2\lambda }{c^2}·\frac{1-D^2\left(f_t\right)}{D^3\left(f_t\right)}}\frac{1}{D\left(f_t\right)}\right[\frac{1}{D\left(f_t\right)}-1\left]{(\frac{\mathrm{c\tau }}{2}-R_{\mathrm{ref}})}^2\right\}·\exp \left(\mathrm{j\pi }\frac{f_t^2}{f_r}\right)---\left(8\right)$式中，$f_r=\frac{{2V}^2}{\lambda R_{\mathrm{ref}}},$表示多普勒调频率；步骤八：方位向傅里叶逆变换对乘以方位补偿因子后的sSs(τ，f_t，y_m)做方位向傅里叶逆变换，变换到方位向时域，得到sss(τ，t，y_m)；步骤九：乘以方位Deramp因子sss(τ，t，y_m)与方位Deramp因子Φ₄(t)相乘，Φ₄(t)＝exp{jπf_rt²}                           (9)步骤十：方位向傅里叶变换对乘以方位Deramp因子后的sss(τ，t，y_m)做方位向傅里叶变换，变换到方位向频域，得到sSs(τ，f_t，y_m)；至此完成了方位向信号压缩；步骤十一：横向傅里叶变换至此仅剩下横向信号没有压缩，从式(5)中看出，它是以为调频率的线性调频信号，为满足探测电离层不规则体的要求，雷达工作在高频(HF)频段，波长很长，λR＞＞1，信号带宽约为10^-5Hz量级，该线性调频信号近似为单频信号，直接做傅里叶变换即实现横向信号压缩，即对y_m做变换，得到sSS(τ，f_t，f_y)，其中f_y表示横向频域信号频率，至此，三维信号压缩完毕，完成成像；步骤十二：输出三维压缩信号忽略常系数，最终压缩后的信号为：$\mathrm{sSS}(\tau ,f_t,f_y)=\sin c\left[\pi (\tau -\frac{2R}{c})\mathrm{Bw}\right]·\sin c\left(\pi f_t{T}_a\right)·\sin c\left[\pi (f_y-\frac{\sin \theta }{\lambda })L_m\right]·\exp \{-j\frac{2\mathrm{\pi c\tau }}{\lambda }\}---\left(10\right)$式(10)中$\sin c\left(x\right)=\frac{\sin x}{x}$且sinc(0)＝1，Bw表示距离向信号带宽，T_a表示方位向信号的时间长度，L_m为天线阵总长；由式(10)，根据sinc函数主瓣宽度，得到：压缩后距离向的时间分辨率为对应距离分辨率为方位向的频率分辨率为对应距离分辨率为其中Ba＝f_rT_a，表示单点目标方位向信号带宽；横向频率分辨率为当θ较小时，sinθ≈θ，对应角度分辨率为(弧度)，距离分辨率为在实际中测得的分辨率是根据主瓣-3dB宽度得到的，在数值上要再乘以0.886；三维图像中距离向和方位向坐标轴表示距离，当θ较小时横向坐标轴表示角度，该方向按角度θ不同来分辨目标。