任意构型双基SAR运动目标图像特征分析

作     者：杨果 王雨晗 王佳慧 邓钱钰 毛新华 YANG Guo;WANG Yuhan;WANG Jiahui;DENG Qianyu;MAO Xinhua

作者机构：南京航空航天大学电子信息工程学院雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室江苏南京211106 

出 版 物：《信号处理》 (Journal of Signal Processing)

年 卷 期：2023年第39卷第9期

页      面：1689-1698页

核心收录：

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(62071225) 江苏省自然科学基金(BK20211181) 航空科学基金(2020Z017052001) 

主　　题：双基合成孔径雷达 极坐标格式算法 运动目标 空变相位误差 

摘      要：本文根据波数域中的相位误差详细地分析了任意构型双基合成孔径雷达(Bistatic Synthetic Aperture Radar,Bi-SAR)运动目标的图像特征。不同于传统的在相位历史域进行相位误差分析的方法,本文以极坐标算法(Polar Format Algorithm,PFA)为例,对PFA波数域的两维相位误差进行了详细的分析。该分析方法对其他算法例如BP算法同样适用。SAR成像算法的一般流程为,先将信号从相位历史域转化到波数域,然后再变换到图像域。然而,从相位历史域到波数域的过程有可能引入新的相位误差,因此在相位历史域分析相位误差特征并不完全准确,根据该特性预测的图像域成像结果存在一定的误差。而波数域与图像域之间具有直接的傅里叶变换关系,傅里叶变换的各种性质又是已知的,因此利用波数域和图像域之间的傅里叶变换关系,根据波数域的相位误差特性可以准确地预测PFA图像中运动目标的成像特征。一方面,本文揭示了波数域中的两维相位误差导致图像域中的目标发生两维位置偏移和两维散焦的现象,并且上述两维位置偏移和两维散焦的方向沿着同一条倾斜的直线。也就是说,无论运动目标的速度矢量指向何方,图像域中的目标都将沿着同一条直线发生偏移。另一方面,通过一个合适的坐标旋转,能使相位误差的维度从两维降到一维,从而能够降低后续的目标重定位与重聚焦的难度和复杂度。最后,通过仿真实验验证了对PFA图像中运动目标特性的预测结果。