技术领域
[0001] 本
发明涉及雷达遥感成像技术领域，是一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，应用于连续波合成孔径雷达对地观测领域。
背景技术
[0002] 合成孔径雷达技术是目前对地遥感、成像及监测的重要技术手段，它可以实现全天时、全天候大
覆盖区域高
分辨率成像，在灾害监测、战术侦查、地形匹配导航、目标识别等方面有着广泛的应用。连续波合成孔径雷达通过增大
脉冲持续时间，降低系统的
峰值功率，从而大大降低系统体积、
质量、成本及
风险，同时提高系统的灵活度，在遥感对地、对空探测、战术侦查及灾害监测方面都将发挥重大作用。由于连续波合成孔径雷达系统基于持续地发射和接受脉冲，需要独立的发射与接收天线。如果发射和接收天线置于同一平台，会带来复杂的天线串扰和耦合问题。本发明采用双基模式，将天线分置于两个独立的平台上，解决收发隔离问题并同时提供更好的灵活性。然而，独立收发平台意味着
信号收发路径不同，从而导致信号历程包含两个根号项。这给双基连续波合成孔径雷达遥感成像带来了很大的困难。
发明内容
[0003] 本发明的目的是给出一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，建立双基连续波合成孔径雷达回波信号模型，并利用级数反演法方法和傅立叶变化性质，精确求解信号二维解析谱。
[0004] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
[0005] 一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其包括步骤：
[0006] a)采用收发天线分置，持续不断发射和接
收线性调频信号，并在接收信号的同时用解斜操作的模式采集回
波数据；
[0007] b)基于收发平台的空间几何关系，精确描述信号的回波延时，建立接收信号的时域模型；
[0008] c)根据b)步的时域模型，建立双基连续波合成孔径雷达方位时间-距离
频率域回波信号模型；
[0009] d)分解c)步的信号为线性成分及非线性成分两部分；
[0010] e)引入级数反演方法(Method of Series Reversion，MSR)，建立信号非线性成分的二维频域模型；
[0011] f)利用傅立叶变化的性质，推导完整信号二维
频谱与信号非线性成分二维频域表达式之间的关系，从而建立双基连续波合成孔径雷达信号二维频谱模型。
[0012] 所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述b)步，参照连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，分析信号回波延时，建立精确的回波信号时域模型，精确描述双基连续波合成孔径雷达回波信号特性。
[0013] 所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述d)步中，因为双基体制雷达回波历程包含双根号，将回波信号分解为线性
相位成分及非线性相位成分两部分，对非线性成分进行傅立叶变化，利用级数反演法求解
傅立叶变换过程中的驻定相位点，从而得到信号非线性的频域表达式。
[0014] 所述的双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其所述e)步，根据傅立叶变换的性质，通过回波信号和信号非线性相位成分的关系，推导出回波信号二维频谱与信号非线性相位成分二维频域表达式之间的映射关系，从而实现双基连续波合成孔径雷达二维解析谱公式的建立。
[0015] 本发明的有益效果是，突破传统连续波合成孔径雷达单基模式的局限，实现双基连续波合成孔径雷达二维解析谱的求解，并为未来双基连续波合成孔径雷达的频域
信号处理方法研究提供依据。
附图说明
[0016] 图1是双基连续波模式下雷达发射、接收平台和地面目标之间的几何关系示意图；
[0017] 图2是本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法流程示意图；
[0018] 图3是仿真场景示意图；
[0019] 图4是采用本发明方法求解频谱匹配滤波结果示意图。
具体实施方式
[0020] 本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，突破传统连续波合成孔径雷达的限制，采用收发天线分置于不同平台，持续发射和接收信号的方式接收数据，并利用解斜操作降低数据率和
采样要求。精确表达连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，获得精确的回波延时表达式，进而建立回波信号时域模型；根据回波信号时域模型及时频域映射关系，利用级数反演法方法解决信号历程包含双根号项这一难题，求解信号非线性成分的频域表达式；并利用傅立叶变化的特性，推导信号解析谱与信号非线性成分频域表达式之间的关系，从而得出完整的信号频谱，为双基连续波合成孔径雷达频域信号处理方法提供
支撑。
[0021] 如图2是本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法流程，具体操作包括：首先分析连续波体制下距离向时间变量对回波延时的影响，推导精确的回波延时表达式，给出双基连续波合成孔径雷达回波信号表达式；接着根据信号的时域模型及时频域变化关系，利用级数反演法求解信号的非线性成分的频域表达式；最后根据傅立叶变换的性质，得到信号解析谱公式与信号非线性成分频域表达式的映射关系，从而推导出信号解析谱公式。
[0022] 如图1所示，为双基连续波模式下雷达发射、接收平台和地面目标之间的几何关系图。本发明方法中涉及的数学符号定义如下：
[0023] f，fτ 为距离向与方位向频率参数；
[0025] vT，vR 为雷达发射平台及接收平台的运动速度；
[0026] σ(τ0R，r0 为地面目标P(τ0R，R0R)的后向散射系数；
[0027] τ0T，τ0R 为发射机和接收机的零多普勒时间；
[0028] R0T，R0R 为地面目标P(τ0，r0)到雷达发射及接收平台航线的最短斜距；
[0029] Kr 为发射信号调频率；
[0030] c 为信号传播速度；
[0031] Rc 为Dechirp操作参考斜距。
[0032] 本发明的一种双基连续波合成孔径雷达遥感成像方法，其合成孔径雷达发射信号为通用的线性调频信号，其数学表达式为：
[0033] s(t)＝exp(jπKrt2) (1)
[0034] 双基连续波合成孔径雷达二维解析谱的求解可以通过以下步骤实现：
[0035] 步骤一：确定双基连续波合成孔径雷达接收单元工作方式。
[0036] 双基连续波合成孔径雷达将收发天线分置于不同平台，分别持续不断发射和接收线性调频信号，如图1所示。鉴于连续波模式雷达脉冲持续时间一般是普通模式雷达脉冲时间的十几倍，系统在接收数据的同时采用dechirp操作降低数据率，减轻采样压
力。
[0037] 步骤二：时域回波模型建立。
[0038] 根据图1的几何关系，可以得出双基模式下回波延时时间τd的表达式。
[0039]
[0040] 其中RT(T)为T时刻目标到雷达发射机平台的距离，即，
[0041]
[0042] 其中RR(T+τd)为(T+τd)时刻目标到雷达接收机平台的距离，即，
[0043]
[0044] 在连续波模式下，波束历程与距离时间变量无关的近似已经失效。时间变量T在受方位向时间变量影响的同时，还与距离向时间变量有关，即
[0045] T＝τ+t (5)
[0046] 则接收的回波可以表达为：
[0047] g(τ，t)＝σ(τ0R，R0R)s(t-τd)exp[-j2πf0(t-τd)] (6)
[0048] 注意在接收信号同时进行了特殊操作，即dechirp。选择Dechirp操作的参考函数为：
[0049] gref(τ，t，τc)＝s*(t-τc)exp[j2πf0(t-τc)] (7)
[0050] 其中s*(t)为发射信号的共轭函数，τc＝2rc/c，参考斜距rc一般选取场景中心斜距。Dechirp操作后信号表示为：
[0051] g(τ，t)＝σ(τ0R，R0R)exp[-j2πf0(τd-τc)]
[0052] exp[-j2πKr(t-τc)(τd-τc)]exp[-j2πKr(τd-τc)2] (8)
[0053] 最后一项为残余音频相位(RVP)，可以通过频域相位相乘消除。
[0054] 步骤三：方位时间-距离频率域回波信号模型建立。
[0055] 基于双基连续波合成孔径雷达接收解斜的特殊操作，RVP消除之后，雷达回波信号距离向频率与时间变量的关系可以表示为f＝Kr(t-τc)。距离向时-频代换即可实现距离向频域特性表达，即：
[0056] g(τ，t)＝σ(τ0R，R0R)exp{-j2π(f+f0)(τd-τc)} (9)
[0057] 将回波延时τd在τ＝0处进行泰勒展开，如下所示：
[0058] τd＝τdcen+k1T+k2T2+k3T3+k4T4… (10)
[0059] 其中：
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067] 因此信号可以表示为：
[0068] g(τ，t)＝σ(τ0R，R0R)exp{-j2π(f+f0)(τdcen+k1T+k2T2+k3T3+k4T4…-τc)} (12)[0069] 步骤四：信号线性-非线性成分分解。
[0070] 为了应用级数反演方法(Method of Series Reversion，MSR)，将信号的距离频率变量的线性成分和非线性成分分离，即：
[0071] g(τ，f)＝σ(τ0R，R0R)exp{(τdcen+k2T2+k3T3+k4T4)}
[0072] exp{j2π(f+f0)τc}exp{-j2π(f+f0)k1T} (13)
[0073] ＝g1(τ，f)exp{j2π(f+f0)τc}exp{-j2π(f+f0)k1T}
[0074] 其中，
[0075] g1(τ，f)＝σ(τ0R，R0R)exp{(τdcen+k2T2+k3T3+k4T4)} (14)
[0076] ×exp{j2π(f+f0)τc}exp{-j2π(f+f0)k1T}
[0077] 与回波信号的距离变量成线性关系，为线性成分。而g1(τ，f)为信号的距离变量非线性成分。
[0078] 步骤五：非线性相位成分频域模型建立。
[0079] 对g1(τ，f)做方位向傅立叶变换，即可利用级数反演法求得回波信号非线性成分的频域表达式，
[0080] G1(fτ，f)＝∫g1(τ，f)exp(-j2πfττ)dτ＝∫σ(τ0R，R0R)exp[Φ1(τ，fτ，f)]dτ (15)
[0081] 其中：
[0082] Φ1(τ，fτ，f)＝-j2π(f+f0)[k0+k2T2+k3T3+k4T4+…]-2πfττ (16)[0083] 根据驻定相位定理，在驻定相位点τs，Φ1(τ，fτ，f)的一阶导数为零，即：
[0084]
[0085] 则驻定相位点τs和和频率变量的关系可以表示为：
[0086]
[0087] 利用级数反演法可以解除驻定相位点，
[0088]
[0089] 其中：
[0090]
[0091] 联立可以得出的二维频域表达式g1(τ，f)，注意这里需要用t＝f/Kr+τc替换时间变量t，即，
[0092] G1(fτ，f)＝σ(τ0R，R0R)[Φ1(τs，fτ，f)] (21)
[0093] 步骤六：双基连续波合成孔径雷达二维解析谱求解，
[0094] 利用傅立叶变换的性质，如果信号s(τ)的傅立叶变换为S(fτ)，即：
[0095] FT[s(τ)]＝S(fτ) (22)
[0096] 那么信号s(τ，t)exp(-jπkτ)的傅立叶变换可以表示为：
[0097] FT[s(τ)exp(-jπkτ)]＝S(fτ+k) (23)
[0098] 则可得出双基连续波合成孔径雷达回波信号二维频谱，即：
[0099] G(fτ，f)＝∫g(τ，f)exp(-j2πfττ)dτ (24)
[0100] ＝exp[j2π(f+f0)τc]G1[fτ+(f+f0)k1，f]
[0101] 上述频谱保留不同阶数的方位向-距离向耦合项，则满足不同的
精度要求，根据实际情况选择。本发明方法中以保留到四阶项为例，则信号频谱可以表示为：
[0102] G(fτ，f)＝exp{jΦ(fτ，f)} (25)
[0103] 其中：
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 下面将通过实例验证该频谱模型保留到不同阶数的方位向-距离向耦合项的精确性：图3是仿真场景示意图，仿真雷达系统的主要参数见表1所示。
[0109] 表1仿真系统参数
[0110]
[0111] 将本发明方法提出的谱公式保留到四阶方位向-距离向耦合项，在频域对回波信号进行匹配相位相乘，之后通过二维傅立叶逆变换，得到聚焦的点目标，绘制等高线如图4所示。可见，在本发明方法示例系统参数下，四阶精度就能完全反应回波的频谱特征。
[0112] 以上所述所用到的
实施例，并非对本发明方法作任何形式上的限制，凡是依据本发明方法的技术实质进行的相关
修改均仍属于本发明方法
权利要求书的保护范围之内。
