CN109738890A - 一种基于弹载双基sar距离多普勒图像生成地距图的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，包括以下步骤：生成地距图网格；任选所述地距图网格中的某一格点，计算该格点的双基距离和及多普勒频率；计算该格点在斜距图中的初步投影位置；计算所述初步投影位置的后向散射值，得到准确投影值；遍历所述地距图中的格点，重复进行S2～S4，直至遍历完成，涉及SAR成像技术领域。本发明紧密结合弹载双基SAR平台的特点，不依赖具体飞行构型，通过在弹载通用双基SAR成像构型下构建地面点与斜距图上点的投影关系，生成弹载双基SAR的地距图，处理方便，运算量较小。

Description

一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法

技术领域

本发明涉及SAR成像技术领域，具体是涉及一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法。

背景技术

SAR(合成孔径雷达)是一种全天时、全天候的现代高分辨率微波遥感成像雷达，在军事侦察、地形测绘、植被分析、海洋及水文观测、环境及灾害监视、资源勘探以及地壳微变检测等领域，发挥了越来越重要的作用。双基SAR由于收发平台分置，可以实现由发射弹照射目标区域提供方位向多普勒高分辨，接收弹面对目标区域前视成像的能力，故而可以对目标场景实现高分辨二维雷达图像末制导。

弹载双基SAR中，收发平台均高机动飞行，地面目标点的距离和与多普勒信息由发射弹和接收弹共同提供，成像回波模型复杂，成像处理得到的距离多普勒图像为斜距图，带有距离和信息，存在较大的几何畸变，必须将斜距图转换为与地平面对应的地距图，才能进行后续的图像处理与目标识别定位，从而完成SAR成像制导。现有的双基SAR地距图生成方法中，一种通过搜索找出地面点在斜距图中的位置，需要两个飞机保持匀速平行飞行，无法应用于弹载通用的双基构型中，且运算量大；另一种将机载双基SAR的平飞模型等效为单基SAR的成像模型，然后再进行斜平面到地平面的投影，只适用于双站平行飞行这种特定构型，依然无法应用于弹载通用的双基构型中。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种紧密结合弹载双基SAR平台的特点，不依赖具体飞行构型的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法。

本发明提供一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，包括以下步骤：

S1、生成地距图网格；

S2、任选所述地距图网格中的某一格点，计算该格点的双基距离和及多普勒频率；

S3、计算该格点在斜距图中的初步投影位置；

S4、计算所述初步投影位置的后向散射值，得到准确投影值；

S5、遍历所述地距图中的格点，重复进行S2～S4，直至遍历完成。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、以图像成像时刻接收弹在地平面投影位置为原点，速度方向在地面上的投影方向为X轴，竖直方向为Y轴，构件右手坐标系O-XYZ；

S12、以收发双站波束中心与XOZ平面的交点A(x₀,0,z₀)为中心点，根据成像要求图像幅宽M×N，图像几何分辨率ρ，生成M行N列，格长格宽均为ρ的地距图网格。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、任选所述地距图网格中某一格点P；

S22、分别计算格点P与发射弹的距离R_Tp，及格点P与接收弹的距离R_Rp，得到格点P的双基距离和R_p；

S23、分别计算发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp，及接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp，得到格点P的多普勒频率f_p。

在上述技术方案的基础上，所述格点P位于地距图网格中的第i行第j列，格点P的坐标为发射弹的坐标为(x_T,H_T,z_T)，接收弹的坐标为(0,H_R,0)，则格点P与发射弹的距离R_Tp、格点P与接收弹的距离R_Rp格点P的双基距离和R_p的计算公式分别为：

R_p＝R_Tp+R_Rp。

在上述技术方案的基础上，所述发射弹的速度矢量为(V_Tx,V_Ty,V_Tz)，接收弹的速度矢量为(V_Rx,V_Ry,0)，发射信号的波长为λ，则发射弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_T、接收弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_R、发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp、接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp、格点P的多普勒频率f_p的计算公式分别为：

f_Tp＝V_Tcosθ_T/λ；

f_Rp＝V_R cosθ_R/λ；

f_p＝f_Tp+f_Rp。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算格点P的归一化多普勒频率f_p′；

S32、分别计算格点P在斜距图上的距离行序号row_p、及格点P在斜距图上的方位列序号col_p；

S32、则格点P在斜距图上的初步投影位置为第row_p行，第col_p列。

在上述技术方案的基础上，所述收发双站波束中心与XOZ平面的交点A的多普勒频率为f_A，则格点P的归一化多普勒频率f_p′的计算公式为：

f_p′＝f_p-f_A。

在上述技术方案的基础上，所述接收弹接收回波波门延迟为τ，采样频率为f_s，脉宽为T_p，光速为C，则格点P在斜距图上的距离行序号row_p、格点P在斜距图上的方位列序号col_p的计算公式分别为：

col_p＝f_p′N_a/f_r+N_a/2+1。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、选取样本；

S42、根据选取的样本进行二维sinc插值，计算所述初步投影位置的后向散射值，得到格点P的准确投影值。

在上述技术方案的基础上，所述样本为以斜距图row_p行col_p列为中心，(8ρf_s/C)行(8ρf_s/C)列范围内的样本。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明紧密结合弹载双基SAR平台的特点，不依赖具体飞行构型，通过在弹载通用双基SAR成像构型下构建地面点与斜距图上点的投影关系，生成弹载双基SAR的地距图，处理方便，运算量较小。

附图说明

图1是本发明实施例的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法的流程图；

图2是本发明实施例的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法的斜距图；

图3是本发明实施例的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法的地距图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图3所示，本发明实施例提供一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，包括以下步骤：

S1、生成地距图网格；

本实施例中，步骤S1具体包括以下步骤：

S11、以图像成像时刻接收弹在地平面投影位置为原点，速度方向在地面上的投影方向为X轴，竖直方向为Y轴，构件右手坐标系O-XYZ；

S12、以收发双站波束中心与XOZ平面的交点A(x₀,0,z₀)为中心点，根据成像要求图像幅宽M×N，图像几何分辨率ρ，生成M行N列，格长格宽均为ρ的地距图网格。

S2、任选所述地距图网格中的某一格点，计算该格点的双基距离和及多普勒频率；

本实施例中，步骤S2具体包括以下步骤：

S21、任选所述地距图网格中某一格点P；

S22、分别计算格点P与发射弹的距离R_Tp，及格点P与接收弹的距离R_Rp，得到格点P的双基距离和R_p；

格点P位于地距图网格中的第i行第j列，格点P的坐标为发射弹的坐标为(x_T,H_T,z_T)，接收弹的坐标为(0,H_R,0)，则格点P与发射弹的距离R_Tp、格点P与接收弹的距离R_Rp格点P的双基距离和R_p的计算公式分别为：

R_p＝R_Tp+R_Rp。

S23、分别计算发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp，及接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp，得到格点P的多普勒频率f_p。

所述发射弹的速度矢量为(V_Tx,V_Ty,V_Tz)，接收弹的速度矢量为(V_Rx,V_Ry,0)，发射信号的波长为λ，则发射弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_T、接收弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_R、发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp、接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp、格点P的多普勒频率f_p的计算公式分别为：

f_Tp＝V_Tcosθ_T/λ；

f_Rp＝V_Rcosθ_R/λ；

f_p＝f_Tp+f_Rp。

S3、计算该格点在斜距图中的初步投影位置；

本实施例中，步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算格点P的归一化多普勒频率f_p′；

所述收发双站波束中心与XOZ平面的交点A的多普勒频率为f_A，则格点P的归一化多普勒频率f_p′的计算公式为：

f_p′＝f_p-f_A。

S32、分别计算格点P在斜距图上的距离行序号row_p、及格点P在斜距图上的方位列序号col_p；

所述接收弹接收回波波门延迟为τ，采样频率为f_s，脉宽为T_p，光速为C，则格点P在斜距图上的距离行序号row_p、格点P在斜距图上的方位列序号col_p的计算公式分别为：

col_p＝f_p′N_a/f_r+N_a/2+1。

S32、则格点P在斜距图上的初步投影位置为第row_p行，第col_p列。

S4、计算所述初步投影位置的后向散射值，得到准确投影值；

本实施例中，步骤S4具体包括以下步骤：

S41、选取样本；

S42、根据选取的样本进行二维sinc插值，计算所述初步投影位置的后向散射值，得到格点P的准确投影值。

插值的关键是要选取插值的样本大小，样本过大则计算量大，样本过小则计算不精确；在本实施例中，优选的，所述样本为以斜距图row_p行col_p列为中心，(8ρf_s/C)行(8ρf_s/C)列范围内的样本；地距图网格的间隔大小为几何分辨率ρ，而斜距图点目标的分辨率通常为ρ的1～2倍，因此为了保证插值的准确性，斜距图中点的主瓣和邻近旁瓣都应作为插值样本进行计算，故样本宽度选择为8ρ×8ρ，而斜距图距离行间距为C/f_s，8ρ宽度对应的样本点数为8ρf_s/C，即选取以斜距图row_p行col_p列为中心，(8ρf_s/C)行(8ρf_s/C)列范围内的样本；插值时考虑了点目标的主瓣和第一副瓣能量的影响，处理的数据量较小。同时兼顾了插值精度和处理效率。

S5、遍历所述地距图中的格点，重复进行S2～S4，直至遍历完成。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成地距图网格；

S2、任选所述地距图网格中的某一格点，计算该格点的双基距离和及多普勒频率；

S3、计算该格点在斜距图中的初步投影位置；

S4、计算所述初步投影位置的后向散射值，得到准确投影值；

S5、遍历所述地距图中的格点，重复进行S2～S4，直至遍历完成。

2.如权利要求1所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、以图像成像时刻接收弹在地平面投影位置为原点，速度方向在地面上的投影方向为X轴，竖直方向为Y轴，构件右手坐标系O-XYZ；

S12、以收发双站波束中心与XOZ平面的交点A(x₀,0,z₀)为中心点，根据成像要求图像幅宽M×N，图像几何分辨率ρ，生成M行N列，格长格宽均为ρ的地距图网格。

3.如权利要求2所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、任选所述地距图网格中某一格点P；

S22、分别计算格点P与发射弹的距离R_Tp，及格点P与接收弹的距离R_Rp，得到格点P的双基距离和R_p；

S23、分别计算发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp，及接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp，得到格点P的多普勒频率f_p。

4.如权利要求3所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述格点P位于地距图网格中的第i行第j列，格点P的坐标为发射弹的坐标为(x_T,H_T,z_T)，接收弹的坐标为(0,H_R,0)，则格点P与发射弹的距离R_Tp、格点P与接收弹的距离R_Rp格点P的双基距离和R_p的计算公式分别为：

R_p＝R_Tp+R_Rp。

5.如权利要求4所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述发射弹的速度矢量为(V_Tx,V_Ty,V_Tz)，接收弹的速度矢量为(V_Rx,V_Ry,0)，发射信号的波长为λ，则发射弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_T、接收弹的速度矢量与波束中心指向方向的夹角θ_R、发射弹对格点P的多普勒频率f_Tp、接收弹对格点P的多普勒频率f_Rp、格点P的多普勒频率f_p的计算公式分别为：

f_Tp＝V_Tcosθ_T/λ；

f_Rp＝V_Rcosθ_R/λ；

f_p＝f_Tp+f_Rp。

6.如权利要求5所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S31、计算格点P的归一化多普勒频率f_p′；

S32、分别计算格点P在斜距图上的距离行序号row_p、及格点P在斜距图上的方位列序号col_p；

S32、则格点P在斜距图上的初步投影位置为第row_p行，第col_p列。

7.如权利要求6所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述收发双站波束中心与XOZ平面的交点A的多普勒频率为f_A，则格点P的归一化多普勒频率f_p′的计算公式为：

f_p′＝f_p-f_A。

8.如权利要求7所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述接收弹接收回波波门延迟为τ，采样频率为f_s，脉宽为T_p，光速为C，则格点P在斜距图上的距离行序号row_p、格点P在斜距图上的方位列序号col_p的计算公式分别为：

col_p＝f_p′N_a/f_r+N_a/2+1。

9.如权利要求8所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、选取样本；

S42、根据选取的样本进行二维sinc插值，计算所述初步投影位置的后向散射值，得到格点P的准确投影值。

10.如权利要求9所述的基于弹载双基SAR距离多普勒图像生成地距图的方法，其特征在于：所述样本为以斜距图row_p行col_p列为中心，(8ρf_s/C)行(8ρf_s/C)列范围内的样本。