用于合成孔径雷达前斜视子孔径成像处理的扩展非线性变标方法

摘要

本发明公开了一种适用于合成孔径雷达前斜视成像处理的扩展非线性变标方法，属于合成孔径雷达的成像技术领域；该方法对合成孔径雷达在前斜视情况下获取的子孔径回波数据首先采用非线性变标方法进行距离向处理，采用三阶模型描述回波信号在距离-多普勒域的相位特性，并补偿距离向调频率的变化，从而实现距离向聚焦；然后采用频谱分析方法进行方位向处理，实现合成孔径雷达前斜视子孔径成像，且成像一致性好，降低了成像处理的计算量。

主权项

1.一种用于合成孔径雷达前斜视子孔径成像处理的扩展非线性变标方法，其特征在于扩展非线性变标方法包括有下列处理步骤：第一步：信号处理系统对回波信号E_C进行方位向傅里叶变换处理，获得距离时域-多普勒域的第一信号E_A；然后对E_A进行距离向傅里叶变换处理，获得距离频域-多普勒域的第二信号E_B；第二步：采用二维频域第一关系Φ₁(h，f)对E_B进行相位补偿，得到补偿后的距离频域-多普勒域的第三信号E_D＝E_B·Φ₁(h，f)；所述的二维频域第一关系${\Phi }_1(h,f)=\exp \{-j[-\frac{2\mathrm{\pi Rk}{\lambda }^2}{c^3{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{5}{2}}}\times {\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2+$，且$\pi \frac{\mathrm{\lambda k}{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2\times [2k-\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}]\times \{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}+2\mathrm{bPk\lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2\}}{3c^3{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{5}{2}}\times \mathrm{bk}[k-\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}]}\left]h^3\right\}$$k=\frac{4V\sin \phi -\mathrm{Q\lambda }}{4V(2\frac{B}{g}+1)},$$R=P·\sin \phi +(W-P·\sin \phi )·\sqrt{1-k^2};$其中，h表示距离向频率，f表示方位向频率，j表示虚部单位，R表示含徙动因子的运动平台距目标的最短距离，k表示徙动因子，λ表示波长，c表示光速，V表示运动平台飞行速度，b表示发射信号调频率，P表示在孔径中心时刻沿波束中心指向运动平台与场景的距离，φ表示天线波束中心指向与距离向的夹角，Q表示脉冲重复频率，B表示合成孔径雷达发射信号带宽，g表示合成孔径雷达载波信号的中心频率，W表示合成孔径雷达平台运动过程中平台距目标的实际最短距离；第三步：对E_D信号进行距离向傅里叶逆变换处理，得到距离时域-多普勒域的第四信号E_F；第四步：采用线性变标因子关系Φ₂(τ，f)对E_F进行处理，得到在距离时域-多普勒域的第五信号E_G＝E_F·Φ₂(τ，f)；所述τ表示距离向快时间；所述的线性变标因子关系${\Phi }_2(\tau ,f)=\exp \{-\mathrm{j\pi }\frac{b}{1+\frac{2\mathrm{bPk\lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}}\times [\frac{k}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-1]\times {[\tau -\frac{2}{c}\frac{\mathrm{Pk}}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}]}^2\}\times ;$$\exp \{\mathrm{j\pi }\frac{b^2\lambda {\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2{c}^3{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}[k-\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}]}{3{\{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}+2\mathrm{Pkb\lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2\}}^2}\times {[\tau -\frac{2}{c}\frac{\mathrm{Pk}}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}]}^3\}$第五步：对E_G信号进行距离向傅里叶变换处理，得到在距离频域-多普勒域的第六信号E_H；第六步：采用二维频域第二关系Φ₃(h，f)对E_H信号进行距离补偿，得到在距离频域-多普勒域的第七信号E_I＝E_H·Φ₃(h，f)；所述的二维频域第二关系${\Phi }_3(h,f)=\exp \left\{j\frac{\mathrm{\pi \lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2\{1+\frac{2\mathrm{bPk\lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}}}{3\mathrm{bc}[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]\times {\left[\frac{k}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}\right]}^2}{h}^3\right\}\times ;$$\exp \{-j\frac{\pi h^2\{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}+2\mathrm{bPk\lambda }{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2\}}{b{\mathrm{kc}}^2[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}\}\exp \left\{j\frac{4\pi }{c}\mathrm{hP}\right[\frac{k}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-1\left]\right\}$第七步：对E_I信号进行距离向傅里叶逆变换处理，得到在距离时域-多普勒域的第八信号E_J；第八步：采用方位补偿因子关系Φ₄(τ，f)对E_J信号进行处理，得到在距离时域-多普勒域的第九信号E_K＝E_J·Φ₄(τ，f)；所述的方位补偿因子关系${\Phi }_4(\tau ,f)=\exp \left\{j\right[\frac{4\mathrm{\pi R}}{\lambda }+\pi \frac{\mathrm{\lambda P}{(f-\frac{2V}{\lambda }\sin \phi )}^2}{2V^2{k}^2}]+$$j\left\{\frac{4\mathrm{\pi b}·k[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}{c^2{[1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2]}^{\frac{3}{2}}+b·P·k·2\lambda {\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}\right[\frac{k}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-1]{(\frac{R}{\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-P)}^2+\frac{2\pi P\cos \phi }{V}f\}+;$$j2\pi [\frac{R·\sin \phi }{V\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-\frac{P{\sin }^2\phi }{V\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}]f\}$第九步：对E_K信号经过方位向傅里叶逆变换处理，得到在距离时域-方位时域的第十信号E_L；第十步：采用去除调频因子关系Φ₅(t)对E_L信号进行处理，得到在距离时域-方位时域的第十一信号E_M＝E_L·Φ₅(t)；所述t表示方位向慢时间；所述的去除调频因子关系${\Phi }_5\left(t\right)=\exp \{\mathrm{j\pi }\frac{2V^2{k}^2}{\mathrm{\lambda P}}{t}^2+\mathrm{j\pi }\frac{4V^2{k}^2}{\mathrm{\lambda P}}[\frac{R·\sin \phi }{V\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}-\frac{P{\sin }^2\phi }{V\sqrt{1-{\left(\frac{\mathrm{\lambda f}}{2V}\right)}^2}}\left]t\right\};$第十一步：对E_M信号进行方位傅里叶变换处理后，得到合成孔径雷达前斜视子孔径成像处理结果。