一种用于分时接收阵列sar的相位校正成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法，该方法利用微波开关控制的阵列天线分时完成运动平台下的阵列SAR回波数据的采集；依据以上数据采集过程中平台的位置参数和平台速度以及成像场景的参数等，构造一次校正矩阵，在距离徙动校正和距离压缩之前在二维时域与回波数据相乘，完成一次相位校正；在此基础之上完成针对阵列SAR的距离向成像处理；再次依据数据采集过程中平台的位置参数和平台速度以及成像场景的参数等，构造二次校正矩阵，在距离向处理完成之后在二维时域完成残余相位校正；最后再进行跨航向的聚焦处理得到聚焦良好的二维图像。
【专利说明】—种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及阵列天线雷达成像【技术领域】，尤其涉及一种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法。
【背景技术】
[0002]阵列合成孔径雷达(SAR)利用阵列天线技术实现二维或者三维雷达成像，如图1所示，沿与载机平台运动方向垂直的Y方向放置均匀分布的阵列天线，在跨航向形成合成孔径，在距离向发射宽带信号然后进行脉冲压缩处理，实现对载机平台前方区域的二维高分辨成像。
[0003]为了降低雷达系统的硬件复杂度和便于实现在轻小型平台上的安装，采用微波开关控制阵列天线实现阵元分时接收回波信号代替阵元一次同时接收回波信号。由于在接收信号的过程中载机平台还在向着目标区域运动，必然会引起回波相位的变化，在二维高分辨成像中如果对此变化的相位不进行补偿或校正，则会使成像质量大为降低。
[0004]目前，国内外就前视阵列成像的成像理论和成像方法开展了一些研究。2000年，德国宇航局公开了一种采用阵列天线实现前下视成像的视景增强样机系统(SIREV)，并给出了其X波段高分辨二维结果图。2008年，中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室的研究人员谭维贤在论文《3-D RANGE STACKING ALGORITHM FORFORWARD-LOOKING SAR 3-D IMAGING》中，提出了一种利用阵列天线实现直升机前下视三维成像的方法，并仿真验证了所提系统的三维成像能力。2011年，中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室的韩阔业在论文《阵列天线下视3D SAR多通道幅相误差校正成像方法研究》中详细分析了利用阵列天线实现下视三维成像时引入的多通道幅相误差问题，并给出了相应的校正方法，最后结合三维成像算法给出了微波暗室验证结果。但运动平台下，阵列天线实现二维或三维成像过程中阵列天线采用分时接收回波信号方面尚未公开发表过与之相关的文献或申请过相关的专利。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于调频连续波体制下，针对阵列合成孔径雷达成像时，阵元采取分时接收的方式时，由于载机平台运动在接收信号过程中的运动引起的回波相位变化，结合成像算法，给出了基于回波数据相位误差校正并完成前视二维成像。
[0006]为实现上述目的，本发明公开了一种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法，其包括:
[0007]步骤S1、根据去调频接收后的回波信号模型构建一阶校正因子，将一阶校正因子与回波信号在二维时域相乘，得到一次校正之后的信号Si ;
[0008]步骤S2、对一次校正信号Si进行距离向聚焦处理得到信号s2 ；
[0009]步骤S3、根据去调频接收后的回波信号模型和残余瞬时斜距变化量建立二阶校正因子，将二阶校正因子所述信号s2在二维时域相乘，得到二次校正信号s3 ;其中，所述残余瞬时斜距变化量为瞬时误差斜距与参考斜距变化量之差；
[0010]步骤S4、对所述二次校正信号S3进行跨航向聚焦处理，得到成像目标区域二维图像。
[0011]本发明方法的有益效果是:本发明提供了校正阵列合成孔径雷达成像时分时接收引入回波相位变化的成像方法，以前视阵列SAR为例，充分考虑了实际应用中载机平台速度、成像场景的影响。具有方法步骤清晰简洁，实现过程简单有效等特点，为实际中的阵列合成孔径雷达提供精确的二维成像聚焦方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1本发明的前视阵列SAR成像几何示意图；
[0013]图2本发明的分时接收情况下阵元实际接收位置示意图；
[0014]图3本发明的本发明校正阵列天线分时接收引入相位变化的方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0016]本发明提出了一种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法，其是阵列合成孔径雷达(SAR)阵元分时接收补偿方法，其利用回波数据采集系统(包含运动平台)的基本参数估计出一次校正矩阵和二次校正矩阵，结合成像算法完成聚焦处理。该方法所依据的前视阵列SAR是利用阵列天线技术实现对平台前下方区域成像的观测系统，利用脉冲压缩技术实现距离向的高分辨，在跨航向则依靠均匀分布的阵列天线实现高分辨；雷达系统采用阵列天线实现跨航向的分辨，阵列天线采用一个天线阵元发射信号其它所有阵元接收回波信号的收发方式，即“一发多收”模式；为了降低硬件的复杂度和便于所构建的阵列SAR系统可以安装在轻小型机载平台上，采用由微波开关控制阵列天线使位于不同位置的阵元分时依次接收回波信号，而不是所有阵元同时接收回波信号。
[0017]为进一步实现此阵列雷达成像系统的便于安装在轻小型机载平台上，此系统发射调频连续波(FMCW)信号，扫频周期达到毫秒级，且在扫频周期内认为发射信号的线性度达到成像要求。因此,系统采取去调频(Dechirp)接收方式，可大大减低对A/D采样的要求。虽然此阵列成像系统不依赖载机平台的运动就可成像，但实际中的载机平台往往是不断运动的，如小型飞机、无人机等。故考虑此成像系统所装载的平台以一定的速度前行。
[0018]图1示出了本发明中所述前视阵列SAR的观测几何示意图。如图1所示，X为载机平台飞行方向，Y为阵列天线放置方向，定义为跨航向，Z为高程向。发射天线位于阵列天线中心正下方h处，载机的飞行高度记为H。阵列天线工作在“一发多收”模式。发射天线以入射角α向前下方发射FMCW信号，位于阵列天线上的所有阵元在微波开关的控制下依次分时接收回波信号。
[0019]图2示出了本发明中阵列天线分时接收回波信号时阵元实际接收位置与阵列天线同时接收回波信号时阵元位置的差异。同时接收回波信号是，所有阵元均沿Y方向排列。但在分时接收情况下，因为每一个阵元是在不同的时间接收回波信号，在此时间间隔内载机平台仍然在向前运动，故此时接收阵元在空间的位置不沿Y方向排列，虽然其阵列本身是沿Y方向排列的。
[0020]设点目标P的三维坐标为(X(l，yci，0)，在某一时刻下发射天线到目标的瞬时斜距Rt和第η个接收阵元到点目标的瞬时斜距Rk分别为:
[0021 ]
【权利要求】
1.一种用于分时接收阵列SAR的相位校正成像方法，其包括: 步骤S1、根据去调频接收后的回波信号模型构建一阶校正因子，将一阶校正因子与回波信号在二维时域相乘，得到一次校正之后的信号Si ； 步骤S2、对一次校正信号Si进行距离向聚焦处理得到信号s2 ； 步骤S3、根据去调频接收后的回波信号模型和残余瞬时斜距变化量建立二阶校正因子，将二阶校正因子所述信号s2在二维时域相乘，得到二次校正信号s3 ;其中，所述残余瞬时斜距变化量为瞬时误差斜距与参考斜距变化量之差； 步骤S4、对所述二次校正信号s3进行跨航向聚焦处理，得到成像目标区域二维图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述瞬时误差斜距为利用回波数据采集系统估计出的阵列天线分时接收回波信号时阵元到场景目标的瞬时斜距相对于阵列天线同时接收回波信号时阵元到场景目标的瞬时斜距的瞬时斜距变化量，具体如下计算:
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考斜距变化量如下得到:选取阵列天线中心到场景中心的斜距为参考斜距后，取所述瞬时斜距变化量在所述参考斜距的斜距变化量为参考斜距变化量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据采集系统位于速度不为O的载机平台。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于雷达系统，且雷达系统利用阵列天线实现雷达成像，所述阵列天线采用一发多收的收发方式。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述雷达系统中，阵列天线某一个特定阵元发射调频连续波信号；由微波开关控制阵列天线，使位于不同位置的阵元分时依次接收回波信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一阶校正因子如下计算:
8.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，二阶校正因子如下计算:
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中距离向聚焦处理具体包括在距离多普勒域的将去除了多普勒频移影响的回波信号Si变换到距离频域，并乘以斜置因子后再变回到距离多普勒域。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述斜置因子如下表示:
【文档编号】G01S13/90GK103630902SQ201310158511
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】王彦平, 张英杰, 谭维贤, 洪文, 吴一戎 申请人:中国科学院电子学研究所