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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明公开了一种双通道雷达前视成像方法，首先获取待成像区域的回波数据，对获取的数据进行距离向脉冲压缩和距离徙动校正，并构造考虑时频空信息的导向矩阵，建立回波与原始场景之间的线性方程，然后采用正则化迭代自适应方法求解该方程，从而同时实现双通道前视SAR解左右模糊和超分辨率成像。本发明的方法在回波域中同时直接实现双通道前视SAR左右解模糊和超分辨率成像，在相同的信道资源条件下，可以获得比现有图像域方法更好的成像性能。

主权项：1.一种双通道雷达前视成像方法，具体步骤如下：步骤一、获取待成像区域的回波数据；双通道雷达前视成像采用单发两收的通道配置，即一个通道发射信号，两个通道接收信号；设定场景中存在任意一个点目标P0x0,y0,0＝r0sinα0cosθ0,r0sinα0sinθ0,0，则它到发射通道的距离历史Rpt和接收通道的距离历史Rpr表达式分别如下： 其中，vr表示平台的飞行速度，h表示平台的飞行高度，r0和θ0表示点目标P0相对于发射天线Txa的斜距和方位角，α0表示目标视线和垂直方向之间的夹角，ts表示慢时间，yk表示第k根接收天线的方位坐标k＝1,2；对于点目标P0，它的双程距离历史Rpts,yk；r0,θ0表达式如下：Rpts,yk；r0,θ0＝Rptts；r0,θ0+Rpryk,ts；r0,θ03设定发射的信号为线性调频脉冲，则两个通道接收到的回波信号Seyk,tr,ts表达式如下： 其中，σp表示目标的散射系数，Kr表示距离调频率，c表示光速，λ表示发射信号的波长，tr表示快时间；步骤二、对步骤一获取的数据进行距离向脉冲压缩；设置脉冲压缩的匹配函数为Sreftr＝exp-jπKrtr2，则脉冲压缩后的信号Scyk,tr,ts表达式如下： 其中，IFFT表示逆傅里叶变换算子，FFT表示傅里叶变换算子；步骤三、对步骤二距离向脉冲压缩后的数据进行距离徙动校正；首先，对式5进行距离傅里叶变换FT，得到距离频域的回波信号S1yk,fr,ts；r0,θ0，表达式如下： 其中，Sfr＝FT[sincBrtr]，Br表示LFM脉冲的带宽，f0表示载波频率，fr表示距离频率；然后选取方位角为0°，斜距为rp的点目标作为参考目标，其坐标为Prxr,yr,0＝rpsinα0,0,0，则经过相位补偿后的回波信号S2yk,fr,ts；r0,θ0表达式如下： 然后采用一阶keystone变换实现线性的距离单元徙动RCM校正，即对慢时间进行尺度变换，表达式如下： 其中，η表示尺度变换后的慢时间；将式8代入式7，并进行距离逆傅里叶变换，得到RCM后的回波S3yk,tr,ts；r0,θ0，表达式如下： 则一个距离单元的回波S4yk,ts；r0,θ0表达式如下： 对式10中的Rpts,yk；r0,θ0-Rpts,yk；rp,0执行泰勒展开，并保留一阶项，表达式如下：Rpts,yk；r0,θ0-Rpts,yk；rp,0≈2r0-rp-2vrsinα01-cosθ0·ts-sinα0sinθ0·yk11将式11代入式10，则一个距离单元的回波S4yk,ts；r0,θ0表达式如下： 其中，第一项表示不影响方位角聚焦的常数，第二项表示与空域通道相关的波程差相位，第三项表示与合成孔径相关的相位；步骤四、基于步骤三，构造回波域时频空导向矩阵，并建立回波与原始场景之间的线性映射方程；根据式12，设定有2M个窄带信号，即M个目标对称分布在航线左侧和右侧，则每个通道中第n个n＝1,2…N采样点的接收信号表达式分别如下： 其中，αl表示第l个距离单元的俯仰角，l＝1,2,…,L，L表示距离向采样点数，和分别表示第k个通道k＝1,2中第n个采样的噪声和回波，tsn表示慢时间的第n个采样点；和分别表示左和右对称目标的散射系数，表示第m个目标的方位角；式13、14描述目标和多个通道之间的多普勒变化和波程差，通过组合每个通道中的N个采样点的结果，写成矩阵形式，表达式分别如下： 其中，·表示矩阵的点积，sk＝[sk1,sk2,...,skN]H表示第k个通道的回波矩阵，·H表示对矩阵进行转置运算，表示目标的方位角，nk＝[nk1,nk2,...,nkN]H表示第k个通道的噪声矩阵，和分别表示场景中左侧或者右侧目标的散射系数矩阵；A表示由多普勒变化形成的导向矩阵，表达式如下： 其中， 表示由空域波程差形成的导向矩阵，表达式如下： 同时求解式15与16，解左右模糊，表达式如下： 则重写式19，即构建回波与原始场景之间的线性映射方程，表达式如下：Z2N×1＝H2N×2M×g2M×1+N2N×120其中，Z2N×1＝[s1,s2]H，g2M×1＝[σp,σs]H，N2N×1＝[n1,n2]H，H表示回波域时频空导向矩阵，表达式如下： 步骤五、时频空模型联合求解，即采用正则化迭代自适应方法求解步骤四的回波与原始场景之间的线性映射方程，同时实现双通道前视SAR解左右模糊和超分辨率成像；根据式20，定义加权最小二乘代价函数的表达式如下： 其中，hm表示导向矩阵H的第m列，R表示协方差矩阵，且R＝HPHH，P表示对角矩阵，对角元素表示目标散射系数；对式22中的求偏导数，并令结果等于零，得到： 根据矩阵求逆引理可得，将其带入式23，可得： 再采用对角加载的正则化协方差矩阵进行求解，即在协方差矩阵R中，引入对角阵μI2M×2M进行求解，具体如下：A、初始化：单位矩阵I，正则化参数μ，迭代次数T；B、对于回波数据Z，获得其第l个距离单元的数据；C、根据式20构建导向矩阵H；D、P＝|HHZ|2HHH2；E、fori＝1toTdo；F、R＝HPHH+μI；G、form＝1to2Mdo；H、I、endfor；J、K、endfor；最后，遍历所有距离单元，执行步骤A-K中的操作，输出成像结果，实现双通道前视SAR解左右模糊和超分辨率成像。

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