专利名称：一种星载mimo-sar静态场景和运动目标联合处理方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达技术领域，更具体地，本发明涉及基于星载多输入多输出合成孔 径雷达(MIMO-SAR)的静态场景成像和运动目标检测和成像的联合处理方法和系统。
背景技术：
星载合成孔径雷达(synthetic即erture radar， SAR)作为一种全天时、全天候、 大范围、高分辨的传感器，在遥感、预警、侦察、警戒诸多领域得到了广泛的应用。
然而在传统单通道星载SAR中，方位分辨率和测绘带宽两个指标相互矛盾，相 互制约。为此，现有解决方法通常采用多相位中心SAR(Multiple PhaseCenters SAR， MPC-SAR)，利用一个发射阵元和多个接收阵元，以多个空间采样代替时间采样来降低系统 脉冲重复频率(PRF)的要求。然而，MPC-SAR采用单一发射信号，可用的空间采样数目受限 于接收阵元的数目。考虑到实际的星载运动平台尺寸、有效载荷等方面的限制，MPC-SAR的 接收阵元数目和阵列尺寸不能大量增加。因此，MPC-SAR在解决方位分辨率和测绘带宽矛 盾方面的能力有限。 另外，作为运动平台雷达的共性问题，单通道星载SAR实现运动目标检测与成像 存在两大问题。第一，雷达平台下视探测目标，地杂波分布广、强度大，使得微弱运动目标回 波被地杂波完全淹没；第二， SAR平台运动会导致地、海面杂波多普勒频谱严重展宽，从而
使得传统多普勒滤波方法难以实现地面慢速运动目标的有效检测。基于空间扩维的多通道 星载SAR，可显著改善杂波抑制能力，但由于其需要物理上的多通道，每个通道的数据录取 方式与单通道SAR本质上是一样的，系统需要高PRF来避免方位多普勒模糊，因此运动目标 显示并不是在宽测绘带内完成的，其监视区域范围有限。 现有星载SAR系统多是针对高分辨宽测绘带静态场景成像或运动目标检测与成 像某一单独功能进行设计的。为具备两种功能，往往采用工作模式切换和分时工作(改变 系统PRF)来完成，不能全面、及时的掌握雷达探测信息，难以满足现代军事和民用的需求。
发明内容
为克服现有单通道星载SAR方位分辨率与测绘带宽相互矛盾的缺陷，同时克服多 通道星载SAR的物理受限的缺陷，同步实现宽测绘带静态场景成像或运动目标检测与成 像，本发明提供基于星载多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的静态场景成像和运动 目标检测和成像的联合处理方法与系统。 根据本发明的一个方面，提供一种基于星载多输入多输出合成孔径雷达
(MIMO-SAR)的静态场景成像和运动目标成像的联合处理方法，包括 步骤10)、根据MIMO-SAR的有限个收发阵元，配置均匀的等效虚拟阵列； 步骤20)、根据发射信号的正交性将所述阵列接收的回波数据分选为多个子通道
信号，并通过等效相位中心误差来补偿分选的子通道信号；
步骤30)、对补偿后的各子通道信号沿慢时间顺序存储，重建多通道回波数据；
步骤40)、根据重建的多通道数据的某一通道数据获取静态场景成像，同时将多通 道数据联合作对消处理，获取宽测绘带内运动目标的成像。 其中，步骤10)中，将MMO-SAR的M个发射阵元和N个接收阵元线性排列，p = Nq
且M《N或q二Mp且M^N，其中，p为发射阵元间距，q为接收阵元间距。 其中，步骤20)中，使用等效多普勒信号相位与实际多普勒信号相位的差值来补
偿分选的回波信号。 其中，步骤30)包括根据阵列配置流型，对回波信号的等效阵元样本在每次收发 等效处理期间顺序存储，使得重叠的等效阵元出现在相邻两个通道中。 其中，步骤30)中，阵列PRF满足下式i^F二^^ ，其中，平台运动速度va，等 效阵元间距d， M为发射阵元个数和N为接收阵元个数。 其中，步骤40)中，对相邻通道中的数据作偏置相位中心对消处理，抑制静止目标 信号，对抑制后的信号使用相位补偿函数进行误差信号补偿，获取运动目标的聚焦成像。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于星载多输入多输出合成孔径雷达 (MIMO-SAR)的静态场景成像和运动目标成像的联合处理系统，包括 天线收发子系统，用于根据MIMO-SAR的有限个收发阵元配置均匀的等效虚拟阵 列； 信号分选模块，用于根据发射信号的正交性将所述阵列接收的回波数据分选为多 个子通道信号； 相位补偿模块，用于通过等效相位中心误差来补偿分选的子通道信号； 数据组合模块，用于对补偿后的各子通道信号沿慢时间顺序存储，重建多通道回
波数据； 高分辨率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检测与成像模块，用于根据重建 的多通道数据的某一通道数据获取静态场景成像，同时将多通道数据联合作对消处理，获 取宽测绘带内运动目标的成像。 其中，所述天线收发子系统中，将MIMO-SAR的M个发射阵元和N个接收阵元线性 排列，p 二Nq且M《N或q二Mp且M^N，其中，p为发射阵元间距，q为接收阵元间距；所 述相位补偿模块使用等效多普勒信号相位与实际多普勒信号相位的差值来补偿分选的回 波信号。 其中，所述数据组合模块根据阵列配置流型，对回波信号的等效阵元样本在每次 收发等效处理期间顺序存储，使得重叠的等效阵元出现在相邻两个通道中；其中，阵列PRF
需满足下式= ，其中，平台运动速度va，等效阵元间距d， M为发射阵元个数和N
为接收阵元个数。 其中，所述高分辨率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检测与成像模块对相 邻通道中的数据作偏置相位中心对消处理，抑制静止目标信号，对抑制后的信号使用相位 补偿函数进行误差信号补偿，获取运动目标的聚焦成像。 通过应用本发明，不仅能通过宽测绘带和高分辨率改善和拓宽星载合成孔径雷达 侦察和监视的范围与质量，而且能同时进行大测绘带内重点运动目标的有效检测、跟踪，为全面、及时的掌握雷达探测信息提供了保证。
图1为根据本发明的实施例的静态场景模型；图2为MIM0-SAR静态成像和运动目标的联合处理方法流程3为MIMO-SA阵列配置及MPC-SAR阵列配置示意图；图4为信号分选示意图；图5为等效相位中心处理示意图；图6为双通道数据组合重建示意图；图7为高分辨率宽测绘带静态场景成像流程图；图8为星载MMO-SAR静态场景成像示意图；图9为单通道星载SAR静态场景成像示意图；图10为运动目标检测与聚焦成像流程图；图11为通道1等效阵元与运动目标空间几何关系示意图；图12为DPCA处理前通道1图像示意图；图13为DPCA处理后结果示意图；图14为误差信号补偿前运动目标的方位成像结果；图15为误差信号补偿后运动目标的方位聚焦成像结果。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明提供的一种基于星载多输入多输出合成孔 径雷达(MIMO-SAR)的静态成像和运动目标检测和成像的联合处理方法与系统作详细描 述。 多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)是近两年提出来的一种新体制雷达。 2007年9月，德国FANG实验室的J. H. G. Ender在国际雷达会议上首次给出MIMO-SAR的 定义，认为"如果一部运动的相参MIMO雷达利用脉间回波信号的相参积累用于成像目的， 则将其定义为MIMO-SAR" (J. H. G. Ender， MIMO-SAR. International radar conference, IRS07, Cologne, S印t，2007.)。 图i示出根据本发明的实施例的静态场景模型。在本实施例中，图1给出六个静 止目标，作为本实施例静态场景处理的对象。在该星载MMO-SAR系统中，雷达工作波长为 入=0. 03m ;平台速度为va = 7200m/s ;测绘带中心斜距Re = 800km ;发射阵元数目M = 2， 其阵元间距P = 12m ;接收阵元数目N = 3，其阵元间距q = 4m ;收/发阵元方位向尺寸皆 为D = 4m ;雷达脉冲重复频率PRF = 1200Hz ;发射同频带的时域正交信号；利用空时等效 采样样本构建双通道数据。当然，本领域普通技术人员可以理解，作为静态场景处理的对象 可以不限于上述六个静止目标的位置，可以选用任意其它位置。而且系统的其他参数仅用 于说明本发明的实施例，而不是对本发明进行限制。 图2为根据本发明的实施例的MIMO-SAR静态成像和运动目标的联合处理方法流 程图。如图2所示，本实施例的方法包括配置作为物理载体的雷达阵列，通过实现均匀的 等效虚拟阵列，接收雷达目标的回波信号；回波信号分选，利用发射信号集的正交性，输出得到各发射信号对应的回波；等效相位中心误差补偿，获取认为是等效阵元自发自收得到 的回波；多通道数据组合，对相位补偿后的各子通道回波进行数据重组，获取后续处理所需 的多通道数据；高分辨宽测绘带静态场景成像，并且同时在宽测绘带内完成运动目标检测 与成像。以下详细说明各步骤的具体实现。
阵列配置方案 收发阵列是发射信号和接收回波的物理载体，其阵列配置存在多样性和复杂性， 不同的系统优化目标会得到不同的阵列配置。在本实施例中，利用有限数目的发射/接收 阵元，获得均匀的等效虚拟阵列，且等效阵元非重叠个数最多，即空间自由度最大。通过均 匀采样降低信号处理复杂度，并保证SAR方位成像质量，同时空间自由度大可提高信号处 理性能。 在一个实施例中，提供MM0-SAR的一种阵列配置，将M个发射阵元和N个接收阵 元线性排列，其中，发射阵元间距为P，接收阵元间距为q，为使阵列总长度尽量短，配置时 需将阵元数多的一方密集排列，少的一方稀疏排列，并对两者的阵元间距做一约束。例如， 当发射阵元数M大于接收阵元数N时，可取q 二Mp，相反可取p = Nq。配置方案具体可表 示为p 二Nq，M《N或q二Mp，M^N。这里，可将第一个发射阵元和第一个接收阵元同置， 利用T/R组件实现发射和接收的切换，因此实际应用中可用M+N-l个收发阵元， 一次收发处 理形成^^个非重叠的等效空间采样。当然，亦可全部采用收发阵元同置(T/R组件切换) 的方式得到等效空间采样，但会形成重叠的空间采样。 图3具体给出了MM0-SAR与MPC-SAR阵列配置对比的示意图。可以看到，优化配 置可使MIMO-SAR—次收发内非重叠的等效虚拟阵元个数达到MN。同时在一次收发内等效 阵元位置相同的条件下，MMO-SAR的阵元总数和孔径总长度比MPC-SAR系统显著减少。因 此，与现有的MPC-SAR相比，在等效阵元数相同时，MMO-SAR可显著降低对实际阵元数目和 阵列尺寸的要求，从而可缓解有效载荷受限的运动平台的压力。
回波信号分选 各接收阵元接收到回波之后，由于M个发射阵元同时发送同频段的时域正交波 形，因此每个接收阵元的回波为M个发射信号对应回波的线性加和。信号分选的作用就是 利用发射信号集的正交性，得到各发射信号对应的回波。图4为信号分选的内部实现结构， 各个接收阵元连接M个子接收通道，其分别对应各发射信号的匹配函数，根据发射信号与 匹配函数将回波信号匹配分选。
等效相位中心误差补偿 然后，对于回波信号的分选结果，补偿等效相位中心处理所引入的相位误差，获取 可认为是等效阵元自发自收得到的回波。 任取第m个发射阵元和第n个接收阵元，其等效相位中心处理示意图如图5所示。 在慢时间t时刻，接收阵元n接收来自发射阵元m的回波信号，其实际多普勒信号的相位记 为
(1) 定义两阵元中间位置为其等效相位中心的位置。等效多普勒信号相位可认为是等效阵元P到目标点T的距离Re (t)的双程延时得到的相位，记为
<formula>formula see original document page 8</formula> 这里，将等效多普勒信号相位与实际多普勒信号相位的差值AA,,,, = --，称为
等效相位中心误差，把针对等效相位中心误差所做的补偿称为等效相位中心误差补偿。 将斜距Rm (t) ， Rn (t)及Re (t)做Taylor展开，可整理得到
一 — 其中，Ax表示发射阵元0和接收阵元0的相对距离，n = O，l，， N_l、 m = 0， 1，…，M-l分别表示接收阵元和发射阵元序号，p、 q分别表示发射阵元间距和接收阵元间 距，其中M，N分别为发射和接收阵元的数目，A为雷达工作波长，R。为雷达平台到成像场景 中心的垂直斜距。 由式(3)显见，等效相位中心误差与慢时间无关，因此可以容易地进行MMO-SAR
系统的高效补偿。 多通道数据组合 等效相位中心误差补偿之后，对相位补偿后的各子通道回波进行数据重组，得到 后续处理所需的多通道数据。为同时实现高分辨宽测绘带静态场景成像与运动目标检测与 成像两种功能，构建双通道数据，图6具体给出了数据组合示意图。其中t， t-l/PRF， t+l/ PRF表示相邻三次收发对应的慢时间，PRF为系统的脉冲重复频率。等效阵元依次沿慢时 间放置，为突出各相邻收发处理期间等效阵元的位置关系，图6中将等效阵元错开显示，以 显示存在交迭。等效阵元处的数据即为等效空间采样样本，可用信号集{xj表示，其中i 对应慢时间t时刻的序号，r = 0，2，…，丽-l表示各次收发内等效阵元的序号。本实例 中MN = 6，因此每次收发等效处理期间，可将前三个等效空间采样样本组合在通道1中，后 三个等效空间采样样本组合在通道2中，这样沿慢时间的顺序将等效样本顺序存储便可组 合得到所需的双通道数据。双通道数据可分别用信号集{ ， x(i—d。， x(i—m， x(i—1)2， xiQ， Xil，
Xi2， 与{ "， X(i-1)3， X(i-1)4， X(i-1)5， Xi3， Xi4， Xi5， 来表不° 对于本领域内普通技术人员，可以理解，若想组合4个通道的数据，则一次收发 处理期间每个通道分配的等效空间采样样本个数An = ， An为整数，如在本实施例
中有4 =2， An = 3。为保证每个通道数据在整个慢时间内采样均匀，重叠的等效阵元出 现在相邻两个通道中，要求平台运动速度va，等效阵元间距d以及阵列PRF满足以下关系式 二 。V。 (4)
層j 在本实施例中，首先，由于空间采样代替时间采样，利用每个通道数据可解决静态 场景成像时宽测绘带与高方位分辨率的矛盾；如果单通道SAR的等效阵元间距同样为d，则
其工作的脉冲重复频率PRRs = v乂d，与式(4)对比有关系式i^F^i/W《，如在本实施
例中PRF = PRFs/3。低的脉冲重复频率可保证宽测绘带场景距离不模糊，而空间采样代替
时间采样技术又可等效提高系统PRF，以此保证多普勒不模糊。第二，利用多个通道数据的
8空时联合处理可实现动目标检测与成像功能，如图6所示，慢时间t时刻通道1三个等效阵 元位置与慢时间t-l/PRF时刻通道2三个等效阵元位置完全相同，对于地面上的任一静止 目标，两个通道具有相同的等效空间采样信息，而运动目标在两个慢时刻的采样信息会有 差异，因此利用多个通道间的联合处理可有效抑制静止杂波，提高动目标检测性能。
利用本发明提供的数据组合，可同时实现高分辨宽测绘带静态场景成像与运动目 标检测与成像两种功能所述的数据。本实施例也可应用到单发多收的MPC-SAR雷达中，但 是MPC-SAR的工作能力不及MIMO-SAR。
高分辨率宽测绘带静态场景成像 接收数据组合后的某一通道的数据，获取高分辨宽测绘带成像结果。具体实现算 法与传统SAR成像过程相同，可采用RD、 CS或RMA等算法。以RD成像算法为例，图7给出 了静态场景成像的基本流程，首先将重建的通道数据进行距离徙动校正，然后构造方位参 考函数实现方位压縮，进而得到最终的静态场景成像结果。 图8给出了星载MM0-SAR静态场景的成像结果。与图9的单通道星载SAR对比 可知，两者的成像效果基本相同，但前者的脉冲重复频率大小是单通道星载SAR的1/3，因 此星载MMO-SAR系统能够在保证方位高分辨的同时，满足宽测绘带成像的要求。
运动目标检测与成像 接收组合得到的多通道数据，来实现运动目标的聚焦成像。在本实施例中，首先， 运动目标检测与成像与高分辨宽测绘带静态场景成像两个功能可同时实现；其次，运动目 标检测与成像在宽测绘带内完成，拓宽了侦察及探测范围。 图IO详细给出了利用双通道数据实现运动目标检测与聚焦成像的流程图。可以 理解，本发明所使用的通道数据不限于双通道，可以选择多个通道数据。在本实施例中，由 于双通道数据是利用等效空间采样组合而成的，因此在MMO-SAR —次收发等效处理期间， 运动目标将处于"静止状态"，这一点与传统双通道SAR有所不同。为形象说明这个特殊性， 图ll给出了通道l中等效阵元与运动目标空间几何关系示意图，其中~和rim分别表示等 效阵元和运动目标随慢时间的索引号，两者满足关系式nm = ns-m0d(ns， An) ， 'mod'表示模 值操作，本实例中An = 3。当等效阵元序号依次为ns = ， -3， -2， -1，0，1，2，3，4，5，... 时，则运动目标的索引序号依次为rim ='"，-3， -3， -3，0，0，0，3，3，3，， ns与nm索引号的 差异则反映了空间采样代替时间采样处理所带来的运动目标的特殊性。具体地，运动目标 所在距离单元的双通道多普勒回波可表示为<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，i表示通道索引号，Ns = TsPRFe为合成孔径时间内Ts内的采样点数，T = 1/ PRFe为等效脉冲重复间隔，PRFe = A n PRF表示等效脉冲重复频率，& (nsT) ， i = 1， 2，分 别表示慢时间t = nsT时刻，通道1，2对应的等效阵元与运动目标的距离，可记为<formula>formula see original document page 9</formula> (6); 其中，n' =mod(ns， An)，Vr和v,分别表示运动目标的径向速度和方位向速度。
按照图10的处理流程，先将通道2数据x2时间上右移A n，并与通道1数据Xl作对消处理，这一步也可称为偏置相位中心(DPCA)对消处理。处理结果表示为
<formula>formula see original document page 10</formula> 表达式(3)中，xjr0对应传统单通道SAR的多普勒回波，而x。 (ns)则是空间等 效采样处理中运动目标的特殊性在回波模型中的反映，将其称为误差信号。当、=0时， x(ns) = O，表明静止目标可得到抑制，而动目标由于具有运动信息会存在对消剩余，从而能 够实现运动目标的有效检测。xjns)与x。(rO的表达式可分别记为
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中fD = -2vr/A与km = -2(va-vx)7( A R。)分别表示运动目标的多普勒中心频
率和调频斜率，o为运动目标后向散射系数。^0.、.) = ^^ ^^表示矩形函数，s(o代
表冲激函数，'0，为巻积操作。式(9)表明新模型中的误差信号为周期序列的截断序列，而 x' 。(ns)则具体表示一个周期内的序列值，记为 <formula>formula see original document page 10</formula>由于运动目标的方 对消得到x(ns)后，图10中后续处理流程即为方位压縮过程， 位向速度和径向速度未知，因此需要估计动目标的多普勒参数，即多普勒中心频率和调频 斜率，从而构造针对运动目标的方位参考函数，进而实现动目标的聚焦成像。不过，本发明 中运动目标聚焦成像流程与传统SAR有不同之处，增加误差信号补偿。这是因为新信号模 型中存在误差信号x。(rO的调制(见式(7))，由于该误差信号具有周期性，若不对其补偿， 则会造成方位压縮结果中"假峰"的出现。图10中所构造的相位补偿函数对应误差信号 x。(ns)的共轭，其目的是消除误差信号的影响。下面对"假峰"以及误差信号补偿问题给出 具体分析。 按照图10的处理流程，若不补偿误差信号，并且取静止目标参考函数
<formula>formula see original document page 10</formula>
结果为x^(rO与x(rO的巻积。忽略常数项，则方位压縮结果为
i！ ,、 、
表示静止目标调频斜率，则方位压縮
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中n ' G (-Nm， Nm) 。 Nm = TmPRFe表示处理孔径时间Tm内的采样点数，而
、'("、;HexpQ2;ry;;r",+片(、-^.)r2""表示运动目标残余信号。可将式(7)进一步表示
为
之v:
(12) 式(12)说明方位压縮结果y(n')可用XJ")， X，(k)(")与X，("(")三部分 来描述，其中XJ")为序列的x。(rO "m(rO的傅立叶变换，而X^)(")与X」,")则 可起到对消X。m(")左右冗余的作用，最终合成得到y(n')。三部分的具体表达式为 — i！
2
(13);
= H——^ 式(13)中"=2 Ji (n' /Nm) (Bs/PRFe) ，BS为处理孔径时间Tm内静止目标多普勒 带宽，定义、=B乂PRFe为比例因子。由于n' G (-Nm， Nm)，因此角频率"的支撑区间为 co G (-2 Ji us， 2 3i us)。
进一步可将X。m (")表示为 x =:r jrOT( ) (14); 其中H(")和Xm(")分别对应x。(rO与Xm(n》的傅立叶变换。Xm(")的支撑区间 反映了动目标的散焦程度。而H(")为一系列间隔为2Ji/An的冲激串，冲激串中H(")， "^0与Xm(")的巻积结果则是"假峰"产生的原因。在整个匹配滤波区间(-2jius，2jius)， 即对应(-T迈，Tj内，"假峰"出现的个数为2'floor(UsAn)，其中floor( )表示向下取整。 H(")可表示为
2冗/v加—i
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2;r ， --A: 《("=exp
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(16); 补偿误差信号x。(rO可消除"假峰"影响。误差信号尽管受运动目标径向速度制 约，但其与慢时间无关，因此方便系统补偿。由于复数相位以2Ji为周期，并且径向速度与 多普勒中心频率具有对应关系，因此利用模糊后的多普勒中心频率亦可对误差信号进行有 效补偿。然而，考虑到误差信号会影响多普勒谱以及多普勒谱自身存在"频谱分裂"这两个 因素，本发明中采用鲁棒性较强的自聚焦搜索方案，其最佳的图像质量指标(如图像熵，积
11分旁瓣比或虚假旁瓣比等)则对应理想的搜索值。由于静止杂波抑制后可检测到目标所在 的距离单元，并且数目有限，因此自聚焦搜索方案增加的运算量可以接受。
在根据本发明的另一个实施例中，提供一种基于星载多输入多输出合成孔径雷达 (MIM0-SAR)的静态成像和运动目标成像的联合处理的系统，所述系统包括天线收发子系 统，负责正交多探测信号的发射和观测场景内雷达回波的接收，其被配置作为物理载体的 雷达阵列，通过实现均匀的等效虚拟阵列，接收雷达目标的回波信号；信号处理子系统负 责回波信号的分析与处理，按作用划分具体包括信号分选模块、相位补偿模块、数据组合模 块、高分辨率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检测与成像模块；其中，信号分选模块 利用发射信号集的正交性，输出得到各发射信号对应的回波，相位补偿模块等效相位中心 误差补偿，处理所引入的相位误差，获取认为是等效阵元自发自收得到的回波，数据组合模 块，对相位补偿后的各子通道回波进行数据重组，获取后续处理所需的多通道数据，高分辨 率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检测与成像模块用于高分辨宽测绘带静态场景 成像及运动目标检测与成像，同时实现运动目标检测与成像与高分辨宽测绘带静态场景成 像，并且在在宽测绘带内完成运动目标检测与成像；终端显示子系统负责信号处理结果的 显示。在所述系统中，可以对应上述方法中的步骤，在各自对应模块中实现，在此不再赘述。
假设图1所示静态场景中有一运动目标，其径向速度、=5m/s，方位向速度vx = 10m/s，初始位置为(0， R。)，图12为DPCA处理前通道1的数据，受静止目标的影响，动目标 数据很难被分辨出来；图13为通道1和通道2数据经DPCA处理后的结果，由于静止目标得 到极大抑制，因此动目标数据被完全凸显出来。图14为误差信号x。(rO补偿前运动目标方 位成像结果。理论分析知若不进行误差信号补偿，动目标方位成像结果中将存在"假峰"， 且"假峰"个数为2 floor(3/1. 2) = 4个；受径向速度的影响，运动目标将偏离初始方位 位置约_VrR。/va = -555. 5m ;另外，由于vx < va，故运动目标散焦不严重。显见，图14与理 论分析是完全相符的。图15表明，补偿径向速度引入的误差信号，可有效消除"假峰"的影 响。 最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，并且 在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、变化、应 用、实施例都在本发明的精神和范围内。
1权利要求
一种基于星载多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的静态场景成像和运动目标成像的联合处理方法，包括步骤10)、根据MIMO-SAR的有限个收发阵元，配置均匀的等效虚拟阵列；步骤20)、根据发射信号的正交性将所述阵列接收的回波数据分选为多个子通道信号，并通过等效相位中心误差来补偿分选的子通道信号；步骤30)、对补偿后的各子通道信号沿慢时间顺序存储，重建多通道回波数据；步骤40)、根据重建的多通道数据的某一通道数据获取静态场景成像，同时将多通道数据联合作对消处理，获取宽测绘带内运动目标的成像。
2. 权利要求1的方法，其中，步骤10)中，将MIM0-SAR的M个发射阵元和N个接收阵元 线性排列，p二Nq且M《N或q二Mp且M^N，其中，p为发射阵元间距，q为接收阵元间 距。
3. 权利要求1的方法，其中，步骤20)中，使用等效多普勒信号相位与实际多普勒信号 相位的差值来补偿分选的回波信号。
4. 权利要求1的方法，其中，步骤30)包括根据阵列配置流型，对回波信号的等效阵 元样本在每次收发等效处理期间均匀采样并顺序存储，使得重叠的等效阵元出现在相邻两 个通道中。
5. 权利要求4的方法，其中，步骤30)中，阵列PRF满足下式Pi F:^^^，其中，平台运动速度va，等效阵元间距d， M为发射阵元个数和N为接收阵元个数。
6. 权利要求l的方法，其中，步骤40)中，对相邻通道中的数据作偏置相位中心对消处 理，抑制静止目标信号，对抑制后的信号使用相位补偿函数进行误差信号补偿，获取运动目 标的聚焦成像。
7. —种基于星载多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的静态场景成像和运动目标 成像的联合处理系统，包括天线收发子系统，用于根据MIMO-SAR的有限个收发阵元配置均匀的等效虚拟阵列； 信号分选模块，用于根据发射信号的正交性将所述阵列接收的回波数据分选为多个子 通道信号；相位补偿模块，用于通过等效相位中心误差来补偿分选的子通道信号； 数据组合模块，用于对补偿后的各子通道信号沿慢时间顺序存储，重建多通道回波数据；高分辨率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检测与成像模块，用于根据重建的多 通道数据的某一通道数据获取静态场景成像，同时将多通道数据联合作对消处理，获取宽 测绘带内运动目标的成像。
8. 权利要求7的系统，其中，所述天线收发子系统中，将MIMO-SAR的M个发射阵元和N 个接收阵元线性排列，p = Nq且M《N或q = Mp，其中，p为发射阵元间距，q为接收阵元 间距；所述相位补偿模块使用等效多普勒信号相位与实际多普勒信号相位的差值来补偿分 选的回波信号。
9. 权利要求7的系统，其中，所述数据组合模块根据阵列配置流型，对回波信号的等效 阵元样本在每次收发等效处理期间均匀采样并顺序存储，使得重叠的等效阵元出现在相邻两个通道中；其中，阵列PRF需满足下式Pi F-"^j，其中，平台运动速度L，等效阵元间距d， M为发射阵元个数和N为接收阵元个数。
10.权利要求7的系统，其中，所述高分辨率宽测绘带静态场景成像模块及运动目标检 测与成像模块对相邻通道中的数据作偏置相位中心对消处理，抑制静止目标信号，对抑制 后的信号使用相位补偿函数进行误差信号补偿，获取运动目标的聚焦成像。
全文摘要
本发明涉及雷达技术领域，提供基于星载MIMO-SAR的静态场景和运动目标的联合处理方法和系统，包括接收回波数据，利用发射信号的正交性对各接收阵元的回波进行信号分选；通过等效相位中心误差补偿消除回波信号中相位误差对方位成像的影响；对等效相位中心误差补偿后的各子通道信号进行数据组合，重建得到多通道回波数据；利用重建的多通道数据之一实现静态场景的高分辨宽测绘带成像，同时利用各通道数据的联合处理实现宽测绘带内运动目标的检测与成像。本发明能通过宽测绘带和高分辨率改善和拓宽星载合成孔径雷达侦察和监视的范围与质量，而且能同时进行大测绘带内重点运动目标的有效检测、跟踪，为全面、及时的掌握雷达探测信息提供了保证。
文档编号G01S13/90GK101762816SQ200810240578
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者彭应宁, 汤俊, 王力宝, 王秀坛, 许稼 申请人:清华大学