一種高分辨率、寬測(cè)繪帶的星載sar體制實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分辨率、寬測(cè)繪帶的星載SAR體制實(shí)現(xiàn)方法，包括：在星載合成孔徑雷達(dá)的方位向采用多發(fā)多收、N個(gè)子孔徑發(fā)射N個(gè)不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的滑動(dòng)聚束模式，使得多個(gè)子孔徑接收到的子帶回波被分離，對(duì)分離出的子帶回波進(jìn)行方位向預(yù)處理，消除波束掃描和天線多通道結(jié)構(gòu)造成的頻譜混疊；對(duì)方位預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行距離向子帶合成，獲得帶寬為單個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)帶寬N倍的子帶合成信號(hào)，得到距離向的高分辨率；對(duì)子帶合成信號(hào)利用距離向徙動(dòng)算法(RMA)完成殘余聚焦，獲得最終高分辨率雷達(dá)圖像。
【專利說(shuō)明】—種高分辨率、寬測(cè)繪帶的星載SAR體制實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)體制，尤其涉及一種方位向采用多發(fā)多收的滑動(dòng)聚束模式，距離向采用子帶合成技術(shù)的星載合成孔徑雷達(dá)體制。
【背景技術(shù)】
[0002]星載合成孔徑雷達(dá)面臨的主要問(wèn)題是如何同時(shí)提高分辨率和測(cè)繪帶寬。傳統(tǒng)的條帶模式中，方位分辨率和距離向測(cè)繪帶寬存在一種內(nèi)在矛盾。聚束合成孔徑雷達(dá)可以提高方位分辨率，但方位向測(cè)繪帶寬被波束寬度限制；TopsSAR和ScanSAR可以增加距離向測(cè)繪帶寬，但卻以方位分辨率的降低為代價(jià)。
[0003]目前解決這種內(nèi)在矛盾的常用方法為方位向一發(fā)多收(SMO)的多通道技術(shù)。它采用額外的方位樣本來(lái)降低系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率(PRF)。將多通道技術(shù)與聚束模式相結(jié)合可以同時(shí)得到方位向高分辨率和距離向?qū)挏y(cè)繪帶。一種條帶模式與聚束模式的折中是滑動(dòng)聚束模式，它所獲得的方位測(cè)繪帶寬和方位分辨率介于條帶模式和聚束模式之間。因此，目前已提出的最新的高分寬測(cè)模式為多通道滑動(dòng)聚束模式。但是，由于硬件水平對(duì)發(fā)射信號(hào)帶寬的限制，這種模式不能獲得超高距離分辨率。
[0004]綜上所述，高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)的進(jìn)一步研究具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于獲得一種高分辨率寬測(cè)繪帶的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提供了一種高分辨率、寬測(cè)繪帶的星載SAR體制實(shí)現(xiàn)方法，包括步驟如下:步驟S1:在星載合成孔徑雷達(dá)的方位向采用多發(fā)多收、N個(gè)子孔徑發(fā)射N個(gè)不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的滑動(dòng)聚束模式，使得多個(gè)子孔徑接收到的子帶回波被分離，對(duì)分離出的子帶回波進(jìn)行方位向預(yù)處理，消除波束掃描和多通道結(jié)構(gòu)造成的頻譜混疊；步驟S2:對(duì)方位預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行距離向子帶合成，獲得帶寬為單個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)帶寬N倍的子帶合成信號(hào)，得到距離向的高分辨率；步驟S3:對(duì)子帶合成信號(hào)利用距離向徙動(dòng)算法(RMA)完成殘余聚焦，獲得最終高分辨率雷達(dá)圖像。
[0009](三)本發(fā)明的有益效果
[0010]本發(fā)明提供一種新型的高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法:在方位向采用多發(fā)多收(ΜΙΜ0)、不同子孔徑發(fā)射不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的滑動(dòng)聚束模式，提高方位向分辨率、方位向測(cè)繪帶寬度和距離向測(cè)繪帶寬度；各個(gè)發(fā)射子孔徑發(fā)射步進(jìn)頻的線性調(diào)頻信號(hào)信號(hào)，使得接收到的回波可以很好地被分離；在距離向采用子帶合成技術(shù)獲得距離向高分辨率；在對(duì)這種體制下接收到的雷達(dá)回波進(jìn)行成像處理時(shí)，將多通道重建技術(shù)和子帶合成技術(shù)嵌入到兩步式成像算法中，得到這種新體制合成孔徑雷達(dá)的成像算法，其有益效果體現(xiàn)在:
[0011](I)這種發(fā)射步進(jìn)頻線性調(diào)頻信號(hào)的多發(fā)多收滑動(dòng)聚束合成孔徑雷達(dá)所獲得的距離向測(cè)繪帶寬是傳統(tǒng)的單發(fā)單收滑動(dòng)聚束合成孔徑雷達(dá)的N倍，獲得的方位分辨率和距離分辨率是傳統(tǒng)單發(fā)單收滑動(dòng)聚束合成孔徑雷達(dá)的I / N ;
[0012](2)不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的頻率步進(jìn)等于子帶帶寬，從而避免子帶串?dāng)_，同時(shí)使子帶合成信號(hào)頻譜連續(xù)；
[0013](3)在方位預(yù)處理時(shí)，本發(fā)明公布的這種依賴于距離頻率的解斜函數(shù)使得解斜后的多普勒帶寬最小，故所需的系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率(PRF)最小，可獲得最寬的距離向測(cè)繪帶寬。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法構(gòu)思圖；
[0015]圖2a為本發(fā)明新體制高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)的幾何模型；
[0016]圖2b為本發(fā)明新體制高分辨率寬測(cè)繪帶星載合成孔徑雷達(dá)的收發(fā)時(shí)序圖；
[0017]圖3為本發(fā)明新體制高分辨率寬測(cè)繪帶星載SAR體制的實(shí)現(xiàn)框圖；
[0018]圖4為實(shí)施例中設(shè)計(jì)的成像場(chǎng)景；
[0019]圖5為實(shí)施例中子孔徑I接收到的子帶I的回波實(shí)部；
[0020]圖6為實(shí)施例中子孔徑I接收到的子帶I的多普勒頻譜；
[0021]圖7為實(shí)施例中子帶I在方位預(yù)處理后的多普勒頻譜；
[0022]圖8a為實(shí)施例中子帶I在方位預(yù)處理后的二維頻譜；
[0023]圖8b為實(shí)施例中子帶合成后的二維頻譜；
[0024]圖9a為成像后點(diǎn)Pl對(duì)應(yīng)的點(diǎn)目標(biāo)分析結(jié)果；
[0025]圖9b為成像后點(diǎn)P2對(duì)應(yīng)的點(diǎn)目標(biāo)分析結(jié)果；
[0026]圖9c為成像后點(diǎn)P3對(duì)應(yīng)的點(diǎn)目標(biāo)分析結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028]首先給出這種新體制高分辨率寬測(cè)繪帶星載SAR體制的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)方法流程圖如圖1所示，包括以下步驟:
[0029]步驟S1:在星載合成孔徑雷達(dá)的方位向采用多發(fā)多收、N個(gè)子孔徑發(fā)射N個(gè)不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的滑動(dòng)聚束模式，使得多個(gè)子孔徑接收到的子帶回波被分離，對(duì)分離出的子帶回波進(jìn)行方位向預(yù)處理，消除波束掃描和天線多通道結(jié)構(gòu)造成的頻譜混疊。
[0030]步驟S2:對(duì)方位預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行距離向子帶合成，獲得帶寬為單個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)帶寬N倍的子帶合成信號(hào)，得到距離向的高分辨率。
[0031]步驟S3:對(duì)子帶合成信號(hào)利用距離徙動(dòng)算法完成殘余聚焦，獲得最終的高分辨率雷達(dá)圖像。[0032]圖2a為本發(fā)明中高分辨率寬測(cè)繪帶的星載合成孔徑雷達(dá)的幾何模型，整個(gè)天線被分為N個(gè)子孔徑，在發(fā)射時(shí)，子孔徑m發(fā)射子帶m ;接收時(shí)，每個(gè)孔徑同時(shí)接收N個(gè)子帶回波，得到的等效相位中心位置如圖2a中圓圈所示，其中①表示子帶I的等效相位中心，②表示子帶2的等效相位中心,?表示子帶N的等效相位中心。另外，方位向天線波束指向一個(gè)虛擬的旋轉(zhuǎn)中心，天線移動(dòng)的速度為Vs，天線到旋轉(zhuǎn)中心的最近斜距為Rs，每個(gè)子孔徑的長(zhǎng)度為Iaz，天線在整個(gè)數(shù)據(jù)獲取時(shí)間T內(nèi)移動(dòng)的距離為X1，成像場(chǎng)景的方位寬度為Xf，波束在地面的投影寬度為X，波束在地面的移動(dòng)速度為vf。這樣方位向的分辨率相比于條帶模式的Iaz / 2，變?yōu)棣?Iaz / 2，其中α為滑動(dòng)因子為:
【權(quán)利要求】
1.一種高分辨率、寬測(cè)繪帶的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括步驟如下: 步驟S1:在星載合成孔徑雷達(dá)的方位向采用多發(fā)多收、N個(gè)子孔徑發(fā)射N個(gè)不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的滑動(dòng)聚束模式，使得多個(gè)子孔徑接收到的子帶回波被分離，對(duì)分離出的子帶回波進(jìn)行方位向預(yù)處理，消除波束掃描和多通道結(jié)構(gòu)造成的頻譜混疊； 步驟S2:對(duì)方位預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行距離向子帶合成，獲得帶寬為單個(gè)線性調(diào)頻信號(hào)帶寬N倍的子帶合成信號(hào)，得到距離向的高分辨率； 步驟S3:對(duì)子帶合成信號(hào)利用距離徙動(dòng)算法完成殘余聚焦，獲得最終的高分辨率雷達(dá)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述不同載頻的線性調(diào)頻信號(hào)的頻率步進(jìn)等于子帶帶寬，使得多個(gè)子孔徑接收到的子帶回波被分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，方位向預(yù)處理步驟如下: S11:對(duì)分離出的子帶回波進(jìn)行距離向快速傅里葉變換，獲得距離頻域、方位時(shí)域的回波數(shù)據(jù)； S12:對(duì)距離頻域、方位時(shí)域的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向解斜，獲得解斜后的雷達(dá)數(shù)據(jù)； S13:對(duì)解斜后的雷達(dá)數(shù)據(jù)在方位向進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得二維頻域的雷達(dá)數(shù)據(jù)； S14:對(duì)二維頻域的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向多通道重建，獲得多通道重建后的雷達(dá)數(shù)據(jù)； S15:對(duì)多通道重建后的雷達(dá)數(shù)據(jù)在方位向乘以殘余相位補(bǔ)償函數(shù)，獲得方位一致壓縮后的雷達(dá)數(shù)據(jù)； S16:對(duì)一致壓縮后的雷達(dá)數(shù)據(jù)在方位向進(jìn)行變標(biāo)傅里葉變換(SCFT)，將方位一致壓縮后的方位輸出采樣間隔Λ η"調(diào)整為一個(gè)固定間隔Λ η"。，獲得方位輸出采樣間隔不隨距離頻率變換的方位預(yù)處理雷達(dá)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，子孔徑m接收的子帶η對(duì)應(yīng)的方位向解斜函數(shù)hm,n(iA η'，f\)表示為: hm.n{iATiJr)=^ -^> 其中，i = -1 / 2,-1 / 2+1,..., I / 2-1，I為輸入的單子帶單孔徑回波的方位向樣本個(gè)數(shù)，Λ η'為原始信號(hào)的采樣間隔，j為虛數(shù)單位，π為圓周率，fm為子帶m的載頻，f\為距離向頻率，vs為平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，c為光速，Rs為平臺(tái)到方位向波束旋轉(zhuǎn)中心的最近斜距，Λ xm,n為等效相位中心位置到天線中心的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述方位一致壓縮后的方位輸出采樣間隔λ η"表示為: Λ ” Ar)=---
(/,+Λ)2ν.:.Δ^ -J其中C為光速，Rs為平臺(tái)到方位向波束旋轉(zhuǎn)中心的最近斜距，N為發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)個(gè)數(shù)，fm為子帶m的載頻，f\為距離向頻率，vs為平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，Δ η'為原始信號(hào)的采樣間隔，J為方位輸出樣本數(shù)目； 變標(biāo)傅里葉變換(SCFT)后對(duì)應(yīng)的方位輸出采樣間隔為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述距離向子帶合成的步驟如下: 521:對(duì)方位預(yù)處理后的子帶信號(hào)進(jìn)行距離向匹配濾波，得到一組距離壓縮后的子帶信號(hào); 522:對(duì)距離壓縮后的一組子帶信號(hào)在距離頻域補(bǔ)零，得到升采樣后的一組子帶信號(hào)； S23:對(duì)升采樣后的一組子帶信號(hào)在距離向逆傅里葉變換，獲得一組距離向時(shí)域的子帶信號(hào); S24:對(duì)一組距離向時(shí)域的子帶信號(hào)進(jìn)行頻移及拼接，獲得子帶合成后的寬帶信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述距離徙動(dòng)算法(RMA)實(shí)現(xiàn)步驟為: 531:將子帶合成后的寬帶信號(hào)變換到二維頻域； 532:在二維頻域乘以RMA算法中的參考函數(shù)，獲得粗聚焦的雷達(dá)信號(hào)； 533:對(duì)乘參考函數(shù)后的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行斯托爾特(STOLT)映射，得到最終的雷達(dá)圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的星載合成孔徑雷達(dá)體制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述RMA算法中的參考函數(shù)Hkfm(f\，fn)的表達(dá)式為:
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103728618SQ201410020544
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】羅繡蓮, 王宇, 鄧云凱, 徐偉, 羅運(yùn)華, 郭磊, 王偉, 陳倩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所