[发明专利]基于几何投影的双基前视SAR成像面预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成孔径雷达(synthetic aperture radar，简称SAR)成像信号处理方法，特别是涉及一种双基前视SAR(Bistatic Forward-looking SAR，简称BFSAR)成像面预测方法，尤其涉及一种基于几何投影的双基前视SAR成像面预测方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是通过信号处理技术对地面景物进行成像的一种新体制雷达。双基SAR的发射机和接收机分置在不同的平台上，系统配置更加灵活，通过合理的空间几何布局，使飞行器的航迹与距离向平行、跟方位向正交，形成双基前视SAR(Bistatic Forward-looking SAR，简称BFSAR)，能够在飞行器正前方区域形成高分辨二维成像所必需的等距离线和等多普勒线的近似正交分割，在机理上具备前视高分辨成像的能力，能解决SAR存在的成像盲区。BFSAR继承了传统双基SAR的优点，加上自身的特殊性，使其具有重要的应用价值。

成像雷达获得的雷达图像实际是目标在投影平面上的二维投影，投影平面也被称为目标的图像投影平面(Image Projection Plane，简称IPP)，即成像面。目标和雷达之间的相对运动可以分解成目标上某参考点相对于雷达的平动以及目标围绕参考点的转动，去除平动，对目标成像就等效为一个转台成像问题。通常，对于在某一平面内旋转的转台目标，其图像投影平面就是转台平面。但是，对于海面上航行的舰船目标来说，其运动比较复杂。受海情的影响，舰船自身存在着三维转动，即横摇、纵摇和偏航，这三种分量均是时间的函数，在观测时间内，目标的转轴会随时间而变化，成像面也会随之不断变化。因而，研究成像面预测方法，以作为目标仿真的有力补充和验证手段是必要的。

成像面预测以成像面分析理论为基础，通过数学计算直接获得目标模型在给定成像条件下的成像面视图，能够直观地演示出目标在成像处理后图像的基本形态。文献1(王佳.逆合成孔径雷达对海面舰船目标成像技术研究,硕士学位论文.南京：南京航空航天大学，2010.)中公开了单基ISAR成像面预测技术。然而，由于收发分置和接收机前视带来的几何关系变化，双基前视SAR中的成像面发生了较大变化，成像的方位轴与距离轴在许多情况下并不正交，因此，单基ISAR成像面预测技术已不能直接应用到双基前视SAR系统中。文献2(董健，尚朝轩，高梅国，傅雄军.双基地逆合成孔径雷达成像平面分析.火力与指挥控制，2011年3月，36(3):62～69.)和文献3(董健，尚朝轩，高梅国，傅雄军.双基地ISAR成像平面研究及目标回波模型修正.电子与信息学报，2010年8月，32(8):1855～1862.)中提出了双基地ISAR成像面分析技术，但该技术没有考虑目标的自旋、俯仰、横滚、偏航等复杂转动，也没有在成像面分析基础上进一步对成像面预测进行研究，并且该成像面分析技术也不能直接应用到双基前视SAR系统中。

目前，现有技术中还没有成熟的技术能够解决双基前视SAR的成像面预测问题。

发明内容

本发明的目的在于解决双基前视SAR的成像面预测问题。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于几何投影的双基前视SAR成像面预测方法的解决方案，具体如下：

一种基于几何投影的双基前视SAR成像面预测方法，步骤如下：

步骤1：建立成像几何坐标系OXYZ；

步骤2：确定舰船目标经航行和摇摆后在成像几何坐标系OXYZ中的坐标；

步骤3：确定双基前视SAR的距离向矢量；

步骤4：确定发射机RLOS方向的有效转动矢量；

步骤5：确定接收机RLOS方向的有效转动矢量；

步骤6：由两个有效转动矢量确定双基前视SAR的方位向矢量；

步骤7：由距离向矢量和方位向矢量建立成像面坐标系OMKP，成像面坐标系OMKP中的面MOK即为所求的成像面；

步骤8：计算成像几何坐标系OXYZ与成像面坐标系OMKP之间的旋转矩阵；

步骤9：由旋转矩阵计算舰船目标在成像面坐标系OMKP中的坐标；

步骤10：将舰船目标在成像面坐标系OMKP中的坐标投影到成像面MOK面上得到目标在成像面上的几何投影二维图像。

步骤1是以舰船模型中心为原点建立地理坐标系OXYZ，即成像几何坐标系。

步骤2是根据海情、舰船模型、舰船速度计算舰船摇摆幅度和摇摆周期，进而确定舰船模型经航行及三维摇摆后在成像几何坐标系OXYZ中的坐标位置。