機載平行等速雙基sar極坐標格式成像算法

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1、機載平行等速雙基SAR的極坐標格式成像算法摘要：平行等速雙基sar是指收發(fā)平臺速度大小和方向均相同的雙基sar系統(tǒng)，該構型具有廣闊的應用前景。在此將傳統(tǒng)適用于單基地sar成像的極坐標格式算法(pfa)加以改進，使之適用于平行等速雙基sar成像處理。由于收發(fā)異置，回波信號在接收平面和發(fā)射平面的斜距幾何關系比較復雜。為了便于后續(xù)的二維插值操作，用一個新的幾何模型來描述收發(fā)平面上斜距的關系。該算法具有傳統(tǒng)pfa算法的操作簡單，易于實現(xiàn)的特點。最后通過仿真數(shù)據的成像處理對該方法進行了驗證。關鍵詞：雙基合成孔徑雷達；極坐標格

2、式算法；成像算法；幾何模型引言雙基sar在地物分類和識別、干涉測高、高分辨寬域成像等方面有著廣闊的應用前景。與單基地sar相比，雙基地sar的主要優(yōu)點有：作用距離更遠，獲取信息更豐富，機動性和隱蔽性更高，抗干擾和抗截獲性能更好。關于雙基sar系統(tǒng)的研究，在文獻［13］中都有所討論。在各種構型的雙基sar中，接收機和發(fā)射機平臺速度大小相同，方向平行的雙基sar(平行等速雙基sar)具有方位不變性，適合大面積連續(xù)成像，許多文獻討論過這種構型的雙基sar成像方法。時域逐點匹配方法可以用于任意一類的雙基sar，該方法是理

3、論上最優(yōu)的，但缺點是運算量效率很低，文獻［4］對該方法進行了研究；loffeld用傅里葉變換將回波數(shù)據從慢時間域變到多普勒域時，把收、發(fā)斜距分別在各自的駐相點處做二階泰勒近似，然后對二階近似式用駐相點法求出其多普勒域表達式［5］。此算法可以得到任意構型下雙基二維頻域表達式，但其主要缺點是其精度不高，對精確成像不利?；谶@個頻譜，文獻［68］提出了改進的雙基sar成像算法。neo把回波的相位歷程在慢時間進行高階泰勒級數(shù)展開，然后通過使用級數(shù)反演法求出信號二維頻域的近似表達式［9］。在該方法的基礎上，wong和neo

4、分別提出了改進的非線性csa算法［10］和改進的距離多普勒算法［11］。作為早期處理sar數(shù)據的算法，極坐標格式算法(pfa)由于操作簡便(一次二維插值和一次二維ifft操作即可)，曾廣泛使用于單基地sar成像處理中。對于雙基地sar系統(tǒng)，其回波信號的斜距歷程較單基地sar更為復雜，其處理方法面臨著更大的困難。本文將傳統(tǒng)針對單基地sar的pfa進行改進，使其適用于平行等速雙基sar成像處理。最后通過仿真數(shù)據驗證了該方法的有效性。1平行雙基地sar回波信號模型平行等速雙基sar系統(tǒng)構型如圖1所示，發(fā)射機和接收機以相同

5、的速度，沿著平行的軌道運動，其速度均為v。假設雙基sar發(fā)射脈沖是線性調頻信號，發(fā)射信號經過地面目標反射后，接收到的回波信號為：ss(τ,u)=wr［τ－2r(u)/c］wa(u)×exp－jπγτ－r(u)c2×exp－j2πfcr(u)c(1)式中：wr(·)和wa(·)分別為距離包絡和方位包絡；τ和u分別為距離時間和方位位置；γ為調頻率；c為光速;fc為載頻。其中，場景中心點在接收和發(fā)射斜距平面的坐標分別為(xn,yct)和(xn,ycr)，地面目標點在接收和發(fā)射斜距平面的坐標分別為(xp,yct+ypt)和

6、(xp,ycr+ypr)。ypt和ypr的關系將在后續(xù)討論。r(u)為雙基斜距，它等于發(fā)射斜距和接收斜距之和，斜距歷程可以表示為：r(u)=rt(u)+rr(u)=(xp－u+uot)2+(yct+ypt)2+(xp－u+uor)2+(ycr+ypr)2(2)式中，uot=rref_ttan(θsqt)uor=rref_rtan(θsqr)(3)式中:uot,ror為零多普勒位置；rref_t,rref_r為載機到參考點的最近距離；θsqt,θsqr為斜視角，角標t和r分別代表發(fā)射機和接收機。經過距離壓縮后，將信號

7、變換到距離頻域:ss(fτ,u)=p(fτ)×exp－j2π(fτ+fc)r(u)c(4)2極坐標格式算法2.1方位向解線頻調操作將距離脈壓后的數(shù)據進行方位向解線頻調操作。構造補償函數(shù)，其表達式為：scomp(fτ,u)=p*(fτ)exp－j2π(fτ+fc)c(u－uot)2+(yct)2+(u－uor)2+(ycr)2(5)式(4)和式(5)相乘以后，得到:ss(k,u)=ss(k,u)*scomp(u)=

8、p(k)

9、2expj·ku－uot(u－uot)2+(yct)2+u－uor(u－uor)2+(ycr

10、)2xp－jkyct(u－uot)2+(yct)2ypt+ycr(u－uor)2+(ycr)2ypr－jkξ(xp,ypt,ypr,u)(6)式中:k=2π(fτ+fc)/c(7)ξ(xp,ypt,ypr,u)=(u－uot)2+(yct)2+(u－uor)2+(ycr)2+u－uot(u－uot)2+(yct)2+u－uor(u－uor)2+(ycr)2x