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《機(jī)載平行等速雙基sar極坐標(biāo)格式成像算法》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、機(jī)載平行等速雙基SAR的極坐標(biāo)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(gòu)型具有廣闊的應(yīng)用前景。在此將傳統(tǒng)適用于單基地sar成像的極坐標(biāo)格式算法(pfa)加以改進(jìn),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(guān)系比較復(fù)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(guān)系。該算法具有傳統(tǒng)pfa算法的操作簡單,易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。最后通過仿真數(shù)據(jù)的成像處理對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。關(guān)鍵詞:雙基合成孔徑雷達(dá);極坐標(biāo)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(yīng)用前景。與單基地sar相比,雙基地sar的主要優(yōu)點(diǎn)有:作用距離更遠(yuǎn),獲取信息更豐富,機(jī)動性和隱蔽性更高,抗干擾和抗截獲性能更好。關(guān)于雙基sar系統(tǒng)的研究,在文獻(xiàn)[13]中都有所討論。在各種構(gòu)型的雙基sar中,接收機(jī)和發(fā)射機(jī)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(xiàn)討論過這種構(gòu)型的雙基sar成像方法。時域逐點(diǎn)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(diǎn)是運(yùn)算量效率很低,文獻(xiàn)[4]對該方法進(jìn)行了研究;loffeld用傅里葉變換將回波數(shù)據(jù)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(diǎn)處做二階泰勒近似,然后對二階近似式用駐相點(diǎn)法求出其多普勒域表達(dá)式[5]。此算法可以得到任意構(gòu)型下雙基二維頻域表達(dá)式,但其主要缺點(diǎn)是其精度不高,對精確成像不利?;谶@個頻譜,文獻(xiàn)[68]提出了改進(jìn)的雙基sar成像算法。neo把回波的相位歷程在慢時間進(jìn)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(dá)式[9]。在該方法的基礎(chǔ)上,wong和neo
4、分別提出了改進(jìn)的非線性csa算法[10]和改進(jìn)的距離多普勒算法[11]。作為早期處理sar數(shù)據(jù)的算法,極坐標(biāo)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(fù)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(jìn)行改進(jìn),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(jù)驗(yàn)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(gòu)型如圖1所示,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)以相同
5、的速度,沿著平行的軌道運(yùn)動,其速度均為v。假設(shè)雙基sar發(fā)射脈沖是線性調(diào)頻信號,發(fā)射信號經(jīng)過地面目標(biāo)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(luò)和方位包絡(luò);τ和u分別為距離時間和方位位置;γ為調(diào)頻率;c為光速;fc為載頻。其中,場景中心點(diǎn)在接收和發(fā)射斜距平面的坐標(biāo)分別為(xn,yct)和(xn,ycr),地面目標(biāo)點(diǎn)在接收和發(fā)射斜距平面的坐標(biāo)分別為(xp,yct+ypt)和
6、(xp,ycr+ypr)。ypt和ypr的關(guān)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(jī)到參考點(diǎn)的最近距離;θsqt,θsqr為斜視角,角標(biāo)t和r分別代表發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。經(jīng)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(biāo)格式算法2.1方位向解線頻調(diào)操作將距離脈壓后的數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向解線頻調(diào)操作。構(gòu)造補(bǔ)償函數(shù),其表達(dá)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