一种基于高精度插值的双基地合成孔径雷达成像方法

摘要

本发明公开了一种基于高精度插值的双基地合成孔径雷达成像方法，它是针对当前的双基地合成孔径雷达后向投影成像方法插值精度低的缺点，通过将高精度的非均匀快速傅里叶变换方法应用到时域成像插值步骤中，实现了高精度双基地合成孔径雷达成像。与现有的方法相比，本发明方法既保持了时域成像方法适用性广、内存开销小、易实施运动补偿等优点，而且能够获得更高质量的成像结果。

主权项

1.一种基于高精度插值的双基地合成孔径雷达成像方法，其特征是它包括如下步骤：步骤1：初始化参数初始化成像系统参数包括：雷达系统工作的信号波长，记做λ，雷达系统发射信号带宽，记做B，雷达系统发射脉冲时宽，记做T_r，雷达系统采样频率，记做F_s，雷达系统脉冲重复频率，记做PRF，雷达发射平台速度矢量，记做雷达接收平台速度矢量，记做雷达发射平台初始位置矢量，记做雷达接收平台初始位置矢量，记做场景参考点位置矢量，记做雷达系统距离向采样点数，记做N_r，雷达系统方位向采样点数，记做N_a，光的传播速度，记做C；初始化场景参数：图像距离向像素点间隔，记做d_r，图像方位向像素点间隔，记做d_a，图像距离向像素点数，记做s_r，图像方位向像素点数，记做s_a；双基地合成孔径雷达原始回波数据，记做是一个二维的数据矩阵，时刻雷达原始回波数据数据矩阵每列数据是方位向回波信号的采样，每行的数据是逐个单脉冲距离向回波信号的采样；步骤1中所述参数均为已知；步骤2：距离压缩对步骤1中的双基地合成孔径雷达原始回波数据采用传统的合成孔径雷达标准距离压缩方法进行压缩，得到距离压缩后的数据是一个二维矩阵，τ代表矩阵第一维索引，t代表矩阵第二维索引；步骤3：计算天线相位中心位置利用公式$\stackrel{-}{P_t}\left(n\right)=\stackrel{-}{P_{t0}}+\stackrel{-}{V_t}·n/\mathrm{PRF}$和公式$\stackrel{-}{P_r}\left(n\right)=\stackrel{-}{P_{r0}}+\stackrel{-}{V_r}·n/\mathrm{PRF}$分别计算得到雷达发射、接收平台在第n个PRF时刻的天线相位中心矢量以及其中，分别是雷达发射、接收平台初始位置矢量，分别是雷达发射、接收平台速度矢量，PRF是雷达系统脉冲重复频率，n＝1,...,N_a，n表示第n个PRF时刻，N_a是雷达系统方位向采样点数；步骤4：计算目标位置采用公式计算得到图像中像素点P(a,r)的位置矢量其中，是场景参考点位置矢量，和是合成孔径雷达成像空间的坐标基，r表示像素点位于图像距离向的第r个位置，r＝1,...,s_r，s_r为子图像距离向的像素点数，a表示像素点位于图像方位向的第a个位置，a＝1,...,s_a，s_a为图像方位向的像素点数，d_r是图像距离向像素点间隔，d_a是图像方位向像素点间隔；步骤5：计算距离门利用步骤3中得到的雷达发射、接收平台在第n个PRF时刻的天线相位中心矢量以及以及步骤4中得到的图像中像素点P(a,r)的位置矢量采用公式ID(n,a,r)＝R(n,a,r)·F_s/C得到双基地雷达距离史R(n,a,r)对应的距离门ID(n,a,r)；其中，F_s是雷达系统采样频率，C是光的传播速度，R(n,a,r)为双基地合成孔径雷达距离史，由公式$R(n,a,r)={\left|\right|\overline{P_t}\left(n\right)-\bar{P}(a,r)\left|\right|}_2+{\left|\right|\overline{P_r}\left(n\right)-\bar{P}(a,r)\left|\right|}_2$得到，||·||₂为L₂范数，a表示像素点位于图像方位向的第a个位置，a＝1,...,s_a，s_a为图像方位向的像素点数，r表示像素点位于图像距离向的第r个位置，r＝1,...,s_r，s_r为图像距离向的像素点数；步骤6：高精度插值依据步骤5中得到的距离门ID(n,a,r)，采用一维非均匀快速傅里叶变换方法对由步骤2得到的距离压缩数据矩阵进行高精度插值，得到插值后的数据其中ID(n,a,r)为距离门，n表示第n个PRF时刻，n＝1,...,N_a，a和r表示像素点位于成像空间中方位向的第a个位置、距离向第r个位置；步骤7：相位补偿将步骤6中得到的插值后的数据与补偿相位因子K(n,a,r)相乘，得到相位补偿后的数据A(n,a,r)，其中，补偿相位因子K(n,a,r)为j为虚数单位（即-1开根），R(n,a,r)为步骤4中得到的距离史，λ为雷达系统工作的信号波长，n表示第n个PRF时刻；步骤8：相干积累利用公式将步骤7得到的相位补偿后的数据A(n,a,r)累加起来得到最后的成像结果其中，n表示第n个PRF时刻，a和r表示像素点位于成像空间中方位向的第a个位置、距离向第r个位置。