机载平行等速双基sar极坐标格式成像算法

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1、机载平行等速双基SAR的极坐标格式成像算法摘要：平行等速双基sar是指收发平台速度大小和方向均相同的双基sar系统，该构型具有广阔的应用前景。在此将传统适用于单基地sar成像的极坐标格式算法(pfa)加以改进，使之适用于平行等速双基sar成像处理。由于收发异置，回波信号在接收平面和发射平面的斜距几何关系比较复杂。为了便于后续的二维插值操作，用一个新的几何模型来描述收发平面上斜距的关系。该算法具有传统pfa算法的操作简单，易于实现的特点。最后通过仿真数据的成像处理对该方法进行了验证。关键词：双基合成孔径雷达；极坐标格

2、式算法；成像算法；几何模型引言双基sar在地物分类和识别、干涉测高、高分辨宽域成像等方面有着广阔的应用前景。与单基地sar相比，双基地sar的主要优点有：作用距离更远，获取信息更丰富，机动性和隐蔽性更高，抗干扰和抗截获性能更好。关于双基sar系统的研究，在文献［13］中都有所讨论。在各种构型的双基sar中，接收机和发射机平台速度大小相同，方向平行的双基sar(平行等速双基sar)具有方位不变性，适合大面积连续成像，许多文献讨论过这种构型的双基sar成像方法。时域逐点匹配方法可以用于任意一类的双基sar，该方法是理

3、论上最优的，但缺点是运算量效率很低，文献［4］对该方法进行了研究；loffeld用傅里叶变换将回波数据从慢时间域变到多普勒域时，把收、发斜距分别在各自的驻相点处做二阶泰勒近似，然后对二阶近似式用驻相点法求出其多普勒域表达式［5］。此算法可以得到任意构型下双基二维频域表达式，但其主要缺点是其精度不高，对精确成像不利。基于这个频谱，文献［68］提出了改进的双基sar成像算法。neo把回波的相位历程在慢时间进行高阶泰勒级数展开，然后通过使用级数反演法求出信号二维频域的近似表达式［9］。在该方法的基础上，wong和neo

4、分别提出了改进的非线性csa算法［10］和改进的距离多普勒算法［11］。作为早期处理sar数据的算法，极坐标格式算法(pfa)由于操作简便(一次二维插值和一次二维ifft操作即可)，曾广泛使用于单基地sar成像处理中。对于双基地sar系统，其回波信号的斜距历程较单基地sar更为复杂，其处理方法面临着更大的困难。本文将传统针对单基地sar的pfa进行改进，使其适用于平行等速双基sar成像处理。最后通过仿真数据验证了该方法的有效性。1平行双基地sar回波信号模型平行等速双基sar系统构型如图1所示，发射机和接收机以相同

5、的速度，沿着平行的轨道运动，其速度均为v。假设双基sar发射脉冲是线性调频信号，发射信号经过地面目标反射后，接收到的回波信号为：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(·)分别为距离包络和方位包络；τ和u分别为距离时间和方位位置；γ为调频率；c为光速;fc为载频。其中，场景中心点在接收和发射斜距平面的坐标分别为(xn,yct)和(xn,ycr)，地面目标点在接收和发射斜距平面的坐标分别为(xp,yct+ypt)和

6、(xp,ycr+ypr)。ypt和ypr的关系将在后续讨论。r(u)为双基斜距，它等于发射斜距和接收斜距之和，斜距历程可以表示为：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为零多普勒位置；rref_t,rref_r为载机到参考点的最近距离；θsqt,θsqr为斜视角，角标t和r分别代表发射机和接收机。经过距离压缩后，将信号

7、变换到距离频域:ss(fτ,u)=p(fτ)×exp－j2π(fτ+fc)r(u)c(4)2极坐标格式算法2.1方位向解线频调操作将距离脉压后的数据进行方位向解线频调操作。构造补偿函数，其表达式为：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