基于弧形阵列天线的mimo-sar成像方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于弧形阵列天线的MIMO-SAR成像方法和装置。该方法包括：对经由弧形阵列天线接收到的回波信号进行采样，其中，该回波信号是由弧形阵列天线发射的微波信号经过观测场景反射形成的；按照采样角度间隔对所接收到的回波信号进行排列，得到弧形阵列成像数据；对弧形阵列成像数据进行距离向逆傅里叶变换，得到距离压缩后信号；对距离压缩后信号进行去斜及剩余视频相位补偿；对经去斜及剩余视频相位补偿之后得到的信号进行距离向傅里叶变换，得到距离波数域信号；对距离波数域信号进行滤波及相干叠加成像处理，得到图像像素值；以及基于图像像素值生成图像。由此，能够扩大微波成像区域范围、并能够对弧形阵列天线信号进行有效成像处理。
【专利说明】基于弧形阵列天线的ΜIMO-SAR成像方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波成像领域，具体地，涉及一种基于弧形阵列天线的MM0-SAR(多 输入多输出-合成孔径雷达）成像方法及装置。
【背景技术】
[0002] 传统的目视、光学或红外等措施的受地形、天气和昼夜等因素的影响较大，不具备 全天候和全天时的工作能力。机载阵列天线前视成像系统不仅能够穿透烟、雾、云层和浮尘 等，以及不受天气和气候影响，而且能够对飞机前下方区域进行实时高分辨率成像，还能为 飞机的着陆、侦察、搜救和起飞提供真实的地面信息，增强飞机的导航和运输救援能力。
[0003] 现有的机载阵列天线前视成像系统基于机载线性阵列天线前视成像机制，利用微 波开关切换实现线性阵列合成，对飞机飞行路线前下方区域进行高分辨成像。但由于采用 线性阵列天线和分时工作方式，使其存在较多问题需要进一步改善。一方面，其成像范围主 要受限于单个天线的波束范围，即不能实现大视场范围观测。由此，如果飞机想要观测其周 围区域，其需要移动至该区域附近，并使用机载线性阵列天线进行微波成像感知。如果飞机 在例如山区等较为复杂的环境中飞行，受障碍物限制，可能不能频繁移动，并且移动存在危 险性。这样，可能就无法对所需区域进行微波成像感知。另一方面，在线性阵列天线中，阵 列向分辨率随着波束范围增大而降低，也即分辨率随目标空间位置变化。因此，不利于机载 平台周围的高分辨率成像观测。
[0004] 此外，由于弧形阵列MM0-SAR的孔径形式为弧形，常规以地平面作为参考平台的 BPA(Back Projection Algorithm,后向投影算法，简称BPA)的处理精度受到限制，无法直 接对其回波信号进行成像处理。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能够扩大微波成像区域范围、并能够对弧形阵列 MM0-SAR回波信号进行有效成像处理的MM0-SAR成像方法和装置。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种基于弧形阵列天线的MM0-SAR成像方法，该 方法包括：对经由所述弧形阵列天线接收到的回波信号进行采样，其中，该回波信号是由所 述弧形阵列天线发射的微波信号经过观测场景反射形成的；按照采样角度间隔对所接收到 的回波信号进行排列，得到弧形阵列成像数据；对所述弧形阵列成像数据进行距离向逆傅 里叶变换，得到距离压缩后信号；对所述距离压缩后信号进行去斜及剩余视频相位补偿； 对经所述去斜及剩余视频相位补偿之后得到的信号进行距离向傅里叶变换，得到距离波数 域信号；对所述距离波数域信号进行滤波及相干叠加成像处理，得到图像像素值；以及基 于所述图像像素值生成图像。
[0007] 优选地，对所述距离波数域信号进行滤波及相干叠加成像处理，得到图像像素值 的步骤包括：建立成像坐标空间，对与所述观测场景对应的图像空间进行离散化；确定离 散化的图像空间中各个像素对应的坐标位置到所述弧形阵列天线的等效采样点的距离，并 根据该距离生成匹配函数；以及基于所述距离波数域信号和所述匹配函数来确定所述图像 像素值。
[0008] 优选地，通过以下方式确定所述匹配函数：
[0009]
【权利要求】
1. 一种基于弧形阵列天线的MIMO-SAR成像方法，其特征在于，该方法包括： 对经由所述弧形阵列天线接收到的回波信号进行采样，其中，该回波信号是由所述弧 形阵列天线发射的微波信号经过观测场景反射形成的； 按照采样角度间隔对所接收到的回波信号进行排列，得到弧形阵列成像数据； 对所述弧形阵列成像数据进行距离向逆傅里叶变换，得到距离压缩后信号； 对所述距离压缩后信号进行去斜及剩余视频相位补偿； 对经所述去斜及剩余视频相位补偿之后得到的信号进行距离向傅里叶变换，得到距离 波数域信号； 对所述距离波数域信号进行滤波及相干叠加成像处理，得到图像像素值；以及 基于所述图像像素值生成图像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述距离波数域信号进行滤波及相干 叠加成像处理，得到图像像素值的步骤包括： 建立成像坐标空间，对与所述观测场景对应的图像空间进行离散化； 确定离散化的图像空间中各个像素对应的坐标位置到所述弧形阵列天线的等效采样 点的距离，并根据该距离生成匹配函数；以及 基于所述距离波数域信号和所述匹配函数来确定所述图像像素值。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述匹配函数： 其中， = Kc cos Θ - ^rrnear +(nn.-l)Arr1_ xc〇s[6>min +(? - l)A^]}sin4c * Y" = Rarc Sil1 θ - + (?,r " l) Α?ΤΙ _ x sin [0min + (? -1) x Δ A ]} sin I = A。- [r;;謂.+ - 1) ] cos 其中，HM( Θ , Raix, 1? ηθ Δ Θ 〇表示所述匹配函数；1?为弧形阵列天线的高度； RaM为等效采样点半径；Κω表示距离向波数域频率；Θ为弧形阵列天线角度方向；rr_为 弧形阵列天线观测近距；9min为观测场景区域对应的最小角度；Λ rri为沿斜距向对观测场 景区域的像素间隔；Λ θ Σ为沿弧形阵列方向对观测场景区域的像素间隔；n"和n0表示像 素计数序号；乂"、￥"和2 11分别表示图像I(nraArri，n0A 中第（ n"，n0)像素对应的坐标 位置（nraArri，n0 Λ 处对应的目标到弧形阵列天线的等效采样点？_(0，1^。，}1(|)的沿 Χ、Υ和Ζ轴的距离；以及Φ?η。为与Ζ轴负方向的夹角。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过以下方式确定所述Φ?η。： 1. f h Λ f h \ φ?η =- arcsin -- +arcsin -- 2L Vrnear) V^far )_ 其中，rrto为弧形阵列天线观测远距。
5. 根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法还包括：按照预 设的间隔角度、分区域显示所生成的图像。
6. -种基于弧形阵列天线的MMO-SAR成像装置，其特征在于，该装置包括： 用于对经由所述弧形阵列天线接收到的回波信号进行采样的模块，其中，该回波信号 是由所述弧形阵列天线发射的微波信号经过观测场景反射形成的； 用于按照采样角度间隔对所接收到的回波信号进行排列，得到弧形阵列成像数据的模 块； 用于对所述弧形阵列成像数据进行距离向逆傅里叶变换，得到距离压缩后信号的模 块； 用于对所述距离压缩后信号进行去斜及剩余视频相位补偿的模块； 用于对经所述去斜及剩余视频相位补偿之后得到的信号进行距离向傅里叶变换，得到 距离波数域信号的模块； 用于对所述距离波数域信号进行滤波及相干叠加成像处理，得到图像像素值的模块； 以及 用于基于所述图像像素值生成图像的模块。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，用于对所述距离波数域信号进行滤波及 相干叠加成像处理，得到图像像素值的模块包括： 用于建立成像坐标空间，对与所述观测场景对应的图像空间进行离散化的模块； 用于确定离散化的图像空间中各个像素对应的坐标位置到所述弧形阵列天线的等效 采样点的距离，并根据该距离生成匹配函数的模块；以及 用于基于所述距离波数域信号和所述匹配函数来确定所述图像像素值的模块。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通过以下方式确定所述匹配函数： = exp{-y2^|^; + y；; +Z；J} 其中， = Rarc cos Θ - ^rrnear + (?". -1)Δγγ7 _ x c〇s[6?mifl + (ηθ - l)A0j ]}sin4c * Y" = Rarc sin Θ - ^TTnear + (niT -1) Arr7 _ x sin [0mia + (?, -1) x ]}sin4C =K~ linear + (?；r ~ 1) ] C0S Φ?,ο 其中，HM( Θ，Raix, hd ηθ Δ Θ 〇表示所述匹配函数；1?为弧形阵列天线的高度； RaM为等效采样点半径；Κω表示距离向波数域频率；Θ为弧形阵列天线角度方向；rr_为 弧形阵列天线观测近距；emin为观测场景区域对应的最小角度；Λ rri为沿斜距向对观测场 景区域的像素间隔；Λ θ Σ为沿弧形阵列方向对观测场景区域的像素间隔；n"和n0表示像 素计数序号；乂"、￥"和2 11分别表示图像I(nraArri，n0A 中第（ n"，n0)像素对应的坐标 位置（nraArri，n0 Λ 处对应的目标到弧形阵列天线的等效采样点？_(0，1^。，}1(|)的沿 Χ、Υ和Ζ轴的距离；以及Φ?η。为与Ζ轴负方向的夹角。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，通过以下方式确定所述Φ?η。： ^ 1「 ·「/? ) . ? /2〇 1 φ. - - arcsm -- +arcsin -- 2L \rrnea,·) {^far 其中，为弧形阵列天线观测远距。
10. 根据权利要求6-9中任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置还包括：用于 按照预设的间隔角度、分区域显示所生成的图像的模块。
【文档编号】G06F19/00GK104280735SQ201410561477
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】黄平平, 谭维贤, 洪文 申请人:内蒙古工业大学