[发明专利]一种双基SAR海面舰船运动目标无畸变三维图像重构方法

说明书

本发明公开了一种双基SAR海面舰船运动目标无畸变三维图像重构方法，首先建立双基SAR空间几何构型与海面舰船运动目标回波模型，完成参数初始化，获取双基SAR到海面舰船运动目标中任意散射点的双基距离历程和双基SAR的海面舰船运动目标的脉压回波，对回波进行预处理，去除双基SAR回波中的多普勒模糊并校正回波的距离徙动，得到距离‑质心‑调频率域的投影，实现舰船运动目标三维图像重构，最后基于本地笛卡尔坐标系进行重映射，校正目标三维畸变，实现海面舰船运动目标无畸变三维图像重构。本发明的方法消除未知IPP引起的图像失真，在LCC中实现无失真的三维图像重构，与现有二维成像和畸变且未定标的结果相比，增加目标的信息维度和提升目标的信息可靠性。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及一种双基SAR海面舰船运动目标无畸变三维图像重构方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种全天时、全天候的现代高分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨率。在地形测绘、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，合成孔径雷达发挥了越来越重要的作用。合成孔径雷达根据收发站配置不同可分为两种模式：一种为单基模式，此时发射机和接收机安装在同一平台上；一种为双基模式，此时发射机和接收机安装在不同的平台上。近年来，双基合成孔径雷达(Bistatic SAR)以其前瞻性成像能力和几何灵活性受到越来越多的关注。运动目标成像一直是SAR社区关注的一个长期话题，为了满足对监视系统日益增长的需求，运动目标信息对于具有有限重访时间的广域监视系统至关重要。

在恶劣的环境中，双基SAR对海上船舶目标进行广泛的监视、成像和识别至关重要。目前关于BiSAR的报告和文献主要集中在静止场景成像算法上，如距离多普勒(RD)算法、w-k算法、非线性调频变标(NLCS)算法。对于静止目标，RCM和方位多普勒参数完全取决于BiSAR平台的运动。然而，对于运动目标，由于运动本身的未知性，BiSAR平台的运动信息不能确定RCM和多普勒参数。并且，由于船舶目标在海浪扰动下的未知和大规模三维旋转，目标的成像投影平面(IPP)未知且无法确定，导致成像结果的高维随机失真，难以通过失真的二维图像有效识别目标。因此，上述所有方法都不能通过在双基SAR中对海面舰船运动目标成像来实现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种双基SAR海面舰船运动目标无畸变三维图像重构方法，针对现有技术存在的缺陷，解决目标未知运动导致成像结果的高维随机失真问题，从而实现双基SAR海面舰船运动目标的无畸变三维图像重构处理。

本发明的技术方案是：一种双基SAR海面舰船运动目标无畸变三维图像重构方法，具体步骤如下：

步骤一、建立双基SAR空间几何构型与海面舰船运动目标回波模型，并完成参数初始化；

在直角坐标系O-XYZ中，发射站与接收站在方位零时刻的位置矢量分别为和发射站与接收站的速度矢量分别为和表示矢量的转置操作；海面舰船运动目标的旋转中心在O-XYZ中的位置坐标矢量为

以船头方向为x轴，左舷方向为y轴，建立船固坐标系o-xyz；则在船固坐标系中，设海面舰船运动目标中任意散射点的坐标矢量为海面舰船运动目标在海浪的作用下绕旋转轴以旋转速度ω逆时针旋转，且旋转角为θ(η)，η表示方位向慢时间；则海面舰船运动目标的三维旋转矩阵为：

M(η)＝I+sinθ(η)K+(1-cosθ(η))K²

其中，I表示3×3的单位矩阵，K表示旋转轴b的叉积矩阵，表达式如下：

则海面舰船运动目标中任意散射点r_p在海浪的作用下经过三维旋转之后的坐标表示为：