專利名稱：雙基地前視、斜視合成孔徑雷達(dá)多普勒中心頻率的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)(SAR)參數(shù)的測(cè)定方法，特別是涉及雙基地前視及斜視 SAR無(wú)模糊多普勒中心頻率的測(cè)定方法，該方法也適用于單基地斜視合成孔徑雷達(dá)的無(wú)模 糊多普勒中心頻率的測(cè)定。
背景技術(shù)：
與光學(xué)傳感器相比，合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有穿透性強(qiáng)，能全天時(shí)、全天候工作的 獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用在地球遙感、資源勘探、偵察、測(cè)繪、災(zāi)情預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。而與常 規(guī)側(cè)視SAR相比，前視及斜視SAR在戰(zhàn)機(jī)對(duì)地偵察打擊、自主著陸、物資空投、導(dǎo)彈精確末制 導(dǎo)等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，目前得到了廣泛的研究。多普勒中心頻率是SAR高精度處理所需要的重要參數(shù)。一方面，其用來(lái)構(gòu)造方位 匹配函數(shù)或相位補(bǔ)償函數(shù)；另一方面，通過(guò)其可以反推運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。而多 普勒中心頻率誤差加大將導(dǎo)致圖像信號(hào)的信噪比下降，方位模糊性增加，并產(chǎn)生目標(biāo)位置 的平移。從原理上講，多普勒中心頻率可以由載機(jī)速度及下視(斜視)角度信息求出，但由 于載機(jī)(移動(dòng))平臺(tái)往往在速度、姿態(tài)(角度)等方面存在不確定性，使得計(jì)算出的多普勒 參數(shù)與實(shí)際值差別較大；而從全球定位系統(tǒng)(GPS)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)得到的航跡數(shù)據(jù) 來(lái)計(jì)算多普勒中心頻率，精度也不能滿足要求，因此，利用雷達(dá)回波信號(hào)來(lái)對(duì)多普勒中心頻 率測(cè)進(jìn)行精確測(cè)定就具有重大的意義。相比于常規(guī)單基地SAR，雙基地前視及斜視SAR多普勒中心頻率測(cè)定面臨更多的 難題，比如天線的收、發(fā)分別設(shè)置使得相位中心存在同步誤差，造成回波方位功率譜不再 對(duì)稱，因而不能利用方位功率譜對(duì)稱原理對(duì)其進(jìn)行多普勒中心頻率測(cè)定；前、斜配置造成來(lái) 自同一散射體的回波跨越多個(gè)距離單元，又使得無(wú)法直接提取SAR方位向信號(hào)進(jìn)行多普勒 中心頻率測(cè)定，此外還存在嚴(yán)重的多普勒中心頻率模糊等等問(wèn)題。目前針對(duì)單基地SAR，應(yīng)用比較廣泛的方法是相關(guān)多普勒中心頻率估計(jì)器，其本 質(zhì)是利用方位功率譜對(duì)稱原理進(jìn)行多普勒中心頻率的測(cè)定，并且只能實(shí)現(xiàn)基帶多普勒中 心頻率的測(cè)定，因此無(wú)法直接應(yīng)用于雙基地前視及斜視SAR ；而在《基于最小熵DCFT的 雙基地SAR多普勒參數(shù)估計(jì)》(《現(xiàn)代雷達(dá)》2007，29 (10) :P53_56)的文獻(xiàn)中、提出采用 基于離散余弦傅立葉變換(DCFT)方法進(jìn)行雙基地SAR多普勒參數(shù)測(cè)定，由于是直接提 取方位向信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多普勒中心頻率解模糊，不適用于存在大距離走動(dòng)(運(yùn) 動(dòng))的前視及斜視 SAR ；在"Comparison of Doppler centroid estimators in bistatic airborneSAR，，(International Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS), 2005,pp. 1963-1966,Korea)及“基于Radon變換的雙站SAR多普勒參數(shù)估計(jì)”(《電子與信 息學(xué)報(bào)》，2008，30 (6) 1331-1335)文獻(xiàn)所記載的技術(shù)中，采用拉登(radon)變換方法進(jìn)行 雙基地SAR多普勒中心頻率的測(cè)定，此類方法首先對(duì)回波進(jìn)行距離向脈沖壓縮，然后選取 高對(duì)比度區(qū)域的信息進(jìn)行拉登變換，檢測(cè)出距離走動(dòng)軌跡的傾角，從而根據(jù)多普勒中心頻
3率與距離走動(dòng)軌跡傾角的關(guān)系、測(cè)定多普勒中心頻率；但此類方法，由于拉登變換涉及到需 在二維平面內(nèi)沿不同的直線進(jìn)行積分，并且需要確定變換的區(qū)域，因而存在測(cè)定方法復(fù)雜， 處理時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差，變換區(qū)域的過(guò)程需人工干預(yù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)能力差等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種雙基地前視、斜視合成 孔徑雷達(dá)多普勒中心頻率的測(cè)定方法，以克服常規(guī)多普勒中心頻率測(cè)定方法無(wú)法用于雙基 地前視和斜視SAR，以及處理時(shí)間長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題；達(dá)到簡(jiǎn)化雙基地前視和斜視合成孔徑 雷達(dá)(SAR)多普勒中心頻率的測(cè)定、縮短處理時(shí)間，有效提高測(cè)定的效率和測(cè)定的實(shí)時(shí)性， 以及為后續(xù)高精度成像、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)等目的。本發(fā)明的解決方案是根據(jù)雙基地前視及斜視SAR具有大距離范圍內(nèi)的走動(dòng)(運(yùn) 動(dòng))軌跡為直線、小距離軌跡為曲線的特點(diǎn)，且其點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)的走動(dòng)軌跡在距離時(shí)間、方位 時(shí)間域主要表現(xiàn)為一條斜直線。根據(jù)該幾何特點(diǎn)，本發(fā)明將移動(dòng)平臺(tái)本身的速度、傾斜角度 作為基本信息，通過(guò)循環(huán)(不斷)校正距離范圍內(nèi)走動(dòng)的軌跡、更新其走動(dòng)軌跡的斜率，直 至得到最小熵，并根據(jù)最小熵所對(duì)應(yīng)走動(dòng)軌跡的斜率與發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)之比、即得到該距 離范圍(合成孔徑時(shí)間)內(nèi)的無(wú)模糊多普勒中心頻率。因此，本發(fā)明方法包括A.距離向脈沖壓縮對(duì)所獲取發(fā)射信號(hào)的二維回波數(shù)據(jù)，利用常規(guī)匹配濾波方法 進(jìn)行距離向脈沖壓縮；B.獲取初始斜率根據(jù)移動(dòng)平臺(tái)本身的速度、傾斜角度信息，確定距離走動(dòng)軌跡 的理想斜率，并將該斜率作為初始斜率；C.頻域、時(shí)域轉(zhuǎn)換并獲取序列的波形熵根據(jù)信號(hào)的時(shí)移與頻移的對(duì)應(yīng)關(guān)系及經(jīng) 步驟A壓縮后的數(shù)據(jù)，利用步驟B所得初始斜率或經(jīng)步驟D更新后的斜率對(duì)距離走動(dòng)軌跡 進(jìn)行校正，然后將經(jīng)軌跡校正后的數(shù)據(jù)通過(guò)逆傅立葉變換(IFFT)為距離時(shí)域、并將表示該 距離時(shí)域的直線沿方位向投影，最后經(jīng)計(jì)算獲得沿方位向投影所得序列的波形熵，并存儲(chǔ) 所得波形熵；D.確定最小波形熵首先判斷步驟C所得波形熵是否為第一次獲得的波形熵，若 是、則將該第一次獲得的波形熵所對(duì)應(yīng)的斜率直接更新步驟B所得的初始斜率；否則、與前 一循環(huán)所存儲(chǔ)的波形熵進(jìn)行大小比較，若小于前一循環(huán)所存儲(chǔ)的波形熵、則存儲(chǔ)該波形熵， 同時(shí)返回步驟C進(jìn)行下一迭代循環(huán)，直至所得波形熵大于前一循環(huán)所得的波形熵止，此時(shí) 前一循環(huán)所得波形熵即為(所測(cè)距離范圍內(nèi)的)最小熵；E.確定無(wú)模糊多普勒中心頻率步驟D獲得的最小熵所對(duì)應(yīng)走動(dòng)軌跡的斜率與所 發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)之比，即為該距離范圍(合成孔徑時(shí)間)內(nèi)的無(wú)模糊多普勒中心頻率。所述獲得沿方位向投影所得序列的熵，其熵H(X)通過(guò)下式獲得
n-]H(X) = -YjPnIgPn
n=0其中χ(η)為沿方位向投影序列，η為距離向采樣點(diǎn)數(shù)、即η = 0,1,…，N-I, |χ(η)|ν-\
凡=IRT ’丨W丨=習(xí)x(")l。而所述無(wú)模糊多普勒中心頻率，其中心頻率為
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其中fd。為無(wú)模糊多普勒中心頻率，λ為載波波長(zhǎng)，R(t)為發(fā)射站到目標(biāo)再到接 收站的瞬時(shí)距離，t為方位時(shí)間，t = 0為波束中心通過(guò)目標(biāo)的時(shí)刻，K為斜率。發(fā)明效果本發(fā)明利用合成孔徑雷達(dá)回波在距離時(shí)間、方位時(shí)間域的幾何特征及移動(dòng)平臺(tái)本 身的信息，對(duì)距離走動(dòng)軌跡進(jìn)行反復(fù)校正確定最小熵、以衡量距離走動(dòng)軌跡是否得到很好 校正，進(jìn)而通過(guò)該項(xiàng)最小熵所對(duì)應(yīng)走動(dòng)軌跡的斜率與所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)之比，即得擬測(cè)無(wú) 模糊多普勒中心頻率；本發(fā)明方法不但可對(duì)雙基地前視及斜視合成孔徑雷達(dá)無(wú)模糊多普勒 中心頻率進(jìn)行測(cè)定，且由于利用了移動(dòng)平臺(tái)的信息，與拉登變換相比，其測(cè)定效率(速度) 提高了五倍以上，節(jié)省了大量的處理時(shí)間；同時(shí)，因無(wú)須人工確定變換區(qū)域，自動(dòng)處理能力 更強(qiáng)；因而，本發(fā)明具有對(duì)雙基地前視和斜視合成孔徑雷達(dá)(SAR)多普勒中心頻率的測(cè)定 簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確，處理時(shí)間短、效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可為后續(xù)高精度成像、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提供準(zhǔn)確、可靠 的數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明方法流程示意圖(方框圖)；圖2為本實(shí)施方式雙基地前視SAR幾何配置示意圖；圖3為本實(shí)施方式取得最小波形熵時(shí)所對(duì)應(yīng)的走動(dòng)軌跡校正結(jié)果示意圖(坐標(biāo) 圖)；圖4為走動(dòng)軌跡校正后往距離向投影所得序列波形示意圖(坐標(biāo)圖)。
具體實(shí)施例方式圖2為本實(shí)施方式雙基地前視SAR幾何配置示意圖，發(fā)射機(jī)固定，通過(guò)雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)為λ = 0. 03125m的線性調(diào)頻信號(hào)， 調(diào)頻斜率為K, = 8X1012Hz/S ；接收機(jī)速度為ν = 100m/S、本實(shí)施方式仿真中速度誤差設(shè)為 +0. 5!11/8，下視角為口 = 30° ；雙基地前視SAR點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)相干解調(diào)后，表示為.S(t,τ) = exp^(θ}·exPIJnKr 卜去沖)J⑴其中τ表示距離快時(shí)間，變化范圍由發(fā)射機(jī)到目標(biāo)再到接收機(jī)的距離和決定，t 為方位時(shí)間，變化范圍為W 2]秒，其中t = 1秒為波束中心照射目標(biāo)的時(shí)間，R(t)為發(fā) 射機(jī)到目標(biāo)再到接收機(jī)的距離，有
R(t) 二 Ri+ 批 + (vt)2 - 2Rrvt cos φ(2)其中Rt = 201km、Rr = 20km分別為合成孔徑中心時(shí)亥lj，發(fā)射機(jī)、接收機(jī)到目標(biāo)的
距離；本實(shí)施方式的具體測(cè)定方法為A.首先對(duì)回波進(jìn)行距離向FFT，然后通過(guò)距離向乘以匹配濾波器匹配函數(shù)H1(L)，
5實(shí)現(xiàn)距離向脈沖壓縮，
權(quán)利要求
一種雙基地前視、斜視合成孔徑雷達(dá)多普勒中心頻率的測(cè)定方法，包括A.距離向脈沖壓縮對(duì)所獲取發(fā)射信號(hào)的二維回波數(shù)據(jù)，利用常規(guī)匹配濾波方法進(jìn)行距離向脈沖壓縮；B.獲取初始斜率根據(jù)移動(dòng)平臺(tái)本身的速度、傾斜角度信息，確定距離走動(dòng)軌跡的理想斜率，并將該斜率作為初始斜率；C.頻域、時(shí)域轉(zhuǎn)換并獲取序列的波形熵根據(jù)信號(hào)的時(shí)移與頻移的對(duì)應(yīng)關(guān)系及經(jīng)步驟A壓縮后的數(shù)據(jù)，利用步驟B所得初始斜率或經(jīng)步驟D更新后的斜率對(duì)距離走動(dòng)軌跡進(jìn)行校正，然后將經(jīng)軌跡校正后的數(shù)據(jù)通過(guò)逆傅立葉變換為距離時(shí)域、并將表示該距離時(shí)域的直線沿方位向投影，最后經(jīng)計(jì)算獲得沿方位向投影所得序列的波形熵，并存儲(chǔ)所得波形熵；D.確定最小波形熵首先判斷步驟C所得波形熵是否為第一次獲得的波形熵，若是、則將該第一次獲得的波形熵所對(duì)應(yīng)的斜率直接更新步驟B所得的初始斜率；否則、與前一循環(huán)所存儲(chǔ)的波形熵進(jìn)行大小比較，若小于前一循環(huán)所存儲(chǔ)的波形熵、則存儲(chǔ)該波形熵，同時(shí)返回步驟C進(jìn)行下一迭代循環(huán)，直至所得波形熵大于前一循環(huán)所得的波形熵止，此時(shí)前一循環(huán)所得波形熵即為最小熵；E.確定無(wú)模糊多普勒中心頻率步驟D獲得的最小熵所對(duì)應(yīng)走動(dòng)軌跡的斜率與所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)之比，即為該距離范圍內(nèi)的無(wú)模糊多普勒中心頻率。
2.按權(quán)利要求1所述雙基地前視、斜視合成孔徑雷達(dá)多普勒中心頻率的測(cè)定方法，其 特征在于所述沿方位向投影所得序列的熵，其熵H(X)通過(guò)下式獲得
3.按權(quán)利要求1所述雙基地前視、斜視合成孔徑雷達(dá)多普勒中心頻率的測(cè)定方法，其 特征在于所述無(wú)模糊多普勒中心頻率，其中心頻率為
全文摘要
該發(fā)明屬于合成孔徑雷達(dá)(SAR)無(wú)模糊多普勒中心頻率測(cè)定方法，包括距離向脈沖壓縮，獲取初始斜率，頻域、時(shí)域轉(zhuǎn)換并獲取序列的波形熵，確定最小波形熵，確定無(wú)模糊多普勒中心頻率。該發(fā)明利用合成孔徑雷達(dá)回波在距離時(shí)間、方位時(shí)間域的幾何特征及移動(dòng)平臺(tái)本身的信息，對(duì)距離走動(dòng)軌跡進(jìn)行反復(fù)校正確定最小熵、以衡量其軌跡是否得到很好校正，進(jìn)而通過(guò)所對(duì)應(yīng)軌跡的斜率與所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)之比得到無(wú)模糊多普勒中心頻率，其測(cè)定效率較拉登變換提高了五倍以上；因而具有對(duì)雙基地前視和斜視合成孔徑雷達(dá)(SAR)多普勒中心頻率的測(cè)定簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確，處理時(shí)間短、效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可為后續(xù)高精度成像、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S7/40GK101937077SQ20101023678
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者李文超, 楊建宇, 武俊杰, 黃鈺林 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)