一种高分辨率、宽测绘带的星载sar体制实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种高分辨率、宽测绘带的星载SAR体制实现方法，包括：在星载合成孔径雷达的方位向采用多发多收、N个子孔径发射N个不同载频的线性调频信号的滑动聚束模式，使得多个子孔径接收到的子带回波被分离，对分离出的子带回波进行方位向预处理，消除波束扫描和天线多通道结构造成的频谱混叠；对方位预处理后的信号进行距离向子带合成，获得带宽为单个线性调频信号带宽N倍的子带合成信号，得到距离向的高分辨率；对子带合成信号利用距离向徙动算法(RMA)完成残余聚焦，获得最终高分辨率雷达图像。
【专利说明】—种高分辨率、宽测绘带的星载SAR体制实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达(SAR)体制，尤其涉及一种方位向采用多发多收的滑动聚束模式，距离向采用子带合成技术的星载合成孔径雷达体制。
【背景技术】
[0002]星载合成孔径雷达面临的主要问题是如何同时提高分辨率和测绘带宽。传统的条带模式中，方位分辨率和距离向测绘带宽存在一种内在矛盾。聚束合成孔径雷达可以提高方位分辨率，但方位向测绘带宽被波束宽度限制；TopsSAR和ScanSAR可以增加距离向测绘带宽，但却以方位分辨率的降低为代价。
[0003]目前解决这种内在矛盾的常用方法为方位向一发多收(SMO)的多通道技术。它采用额外的方位样本来降低系统的脉冲重复频率(PRF)。将多通道技术与聚束模式相结合可以同时得到方位向高分辨率和距离向宽测绘带。一种条带模式与聚束模式的折中是滑动聚束模式，它所获得的方位测绘带宽和方位分辨率介于条带模式和聚束模式之间。因此，目前已提出的最新的高分宽测模式为多通道滑动聚束模式。但是，由于硬件水平对发射信号带宽的限制，这种模式不能获得超高距离分辨率。
[0004]综上所述，高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达(SAR)的进一步研究具有重要意义。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于获得一种高分辨率宽测绘带的星载合成孔径雷达体制实现方法。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]本发明提供了一种高分辨率、宽测绘带的星载SAR体制实现方法，包括步骤如下:步骤S1:在星载合成孔径雷达的方位向采用多发多收、N个子孔径发射N个不同载频的线性调频信号的滑动聚束模式，使得多个子孔径接收到的子带回波被分离，对分离出的子带回波进行方位向预处理，消除波束扫描和多通道结构造成的频谱混叠；步骤S2:对方位预处理后的信号进行距离向子带合成，获得带宽为单个线性调频信号带宽N倍的子带合成信号，得到距离向的高分辨率；步骤S3:对子带合成信号利用距离向徙动算法(RMA)完成残余聚焦，获得最终高分辨率雷达图像。
[0009](三)本发明的有益效果
[0010]本发明提供一种新型的高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达体制实现方法:在方位向采用多发多收(ΜΙΜ0)、不同子孔径发射不同载频的线性调频信号的滑动聚束模式，提高方位向分辨率、方位向测绘带宽度和距离向测绘带宽度；各个发射子孔径发射步进频的线性调频信号信号，使得接收到的回波可以很好地被分离；在距离向采用子带合成技术获得距离向高分辨率；在对这种体制下接收到的雷达回波进行成像处理时，将多通道重建技术和子带合成技术嵌入到两步式成像算法中，得到这种新体制合成孔径雷达的成像算法，其有益效果体现在:
[0011](I)这种发射步进频线性调频信号的多发多收滑动聚束合成孔径雷达所获得的距离向测绘带宽是传统的单发单收滑动聚束合成孔径雷达的N倍，获得的方位分辨率和距离分辨率是传统单发单收滑动聚束合成孔径雷达的I / N ;
[0012](2)不同载频的线性调频信号的频率步进等于子带带宽，从而避免子带串扰，同时使子带合成信号频谱连续；
[0013](3)在方位预处理时，本发明公布的这种依赖于距离频率的解斜函数使得解斜后的多普勒带宽最小，故所需的系统脉冲重复频率(PRF)最小，可获得最宽的距离向测绘带宽。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达体制实现方法构思图；
[0015]图2a为本发明新体制高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达的几何模型；
[0016]图2b为本发明新体制高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达的收发时序图；
[0017]图3为本发明新体制高分辨率宽测绘带星载SAR体制的实现框图；
[0018]图4为实施例中设计的成像场景；
[0019]图5为实施例中子孔径I接收到的子带I的回波实部；
[0020]图6为实施例中子孔径I接收到的子带I的多普勒频谱；
[0021]图7为实施例中子带I在方位预处理后的多普勒频谱；
[0022]图8a为实施例中子带I在方位预处理后的二维频谱；
[0023]图8b为实施例中子带合成后的二维频谱；
[0024]图9a为成像后点Pl对应的点目标分析结果；
[0025]图9b为成像后点P2对应的点目标分析结果；
[0026]图9c为成像后点P3对应的点目标分析结果。
【具体实施方式】
[0027]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。
[0028]首先给出这种新体制高分辨率宽测绘带星载SAR体制的实现方法，实现方法流程图如图1所示，包括以下步骤:
[0029]步骤S1:在星载合成孔径雷达的方位向采用多发多收、N个子孔径发射N个不同载频的线性调频信号的滑动聚束模式，使得多个子孔径接收到的子带回波被分离，对分离出的子带回波进行方位向预处理，消除波束扫描和天线多通道结构造成的频谱混叠。
[0030]步骤S2:对方位预处理后的信号进行距离向子带合成，获得带宽为单个线性调频信号带宽N倍的子带合成信号，得到距离向的高分辨率。
[0031]步骤S3:对子带合成信号利用距离徙动算法完成残余聚焦，获得最终的高分辨率雷达图像。[0032]图2a为本发明中高分辨率宽测绘带的星载合成孔径雷达的几何模型，整个天线被分为N个子孔径，在发射时，子孔径m发射子带m ;接收时，每个孔径同时接收N个子带回波，得到的等效相位中心位置如图2a中圆圈所示，其中①表示子带I的等效相位中心，②表示子带2的等效相位中心,?表示子带N的等效相位中心。另外，方位向天线波束指向一个虚拟的旋转中心，天线移动的速度为Vs，天线到旋转中心的最近斜距为Rs，每个子孔径的长度为Iaz，天线在整个数据获取时间T内移动的距离为X1，成像场景的方位宽度为Xf，波束在地面的投影宽度为X，波束在地面的移动速度为vf。这样方位向的分辨率相比于条带模式的Iaz / 2，变为α.Iaz / 2，其中α为滑动因子为:
【权利要求】
1.一种高分辨率、宽测绘带的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，包括步骤如下: 步骤S1:在星载合成孔径雷达的方位向采用多发多收、N个子孔径发射N个不同载频的线性调频信号的滑动聚束模式，使得多个子孔径接收到的子带回波被分离，对分离出的子带回波进行方位向预处理，消除波束扫描和多通道结构造成的频谱混叠； 步骤S2:对方位预处理后的信号进行距离向子带合成，获得带宽为单个线性调频信号带宽N倍的子带合成信号，得到距离向的高分辨率； 步骤S3:对子带合成信号利用距离徙动算法完成残余聚焦，获得最终的高分辨率雷达图像。
2.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，所述不同载频的线性调频信号的频率步进等于子带带宽，使得多个子孔径接收到的子带回波被分离。
3.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，方位向预处理步骤如下: S11:对分离出的子带回波进行距离向快速傅里叶变换，获得距离频域、方位时域的回波数据； S12:对距离频域、方位时域的回波数据进行方位向解斜，获得解斜后的雷达数据； S13:对解斜后的雷达数据在方位向进行快速傅里叶变换，获得二维频域的雷达数据； S14:对二维频域的雷达数据进行方位向多通道重建，获得多通道重建后的雷达数据； S15:对多通道重建后的雷达数据在方位向乘以残余相位补偿函数，获得方位一致压缩后的雷达数据； S16:对一致压缩后的雷达数据在方位向进行变标傅里叶变换(SCFT)，将方位一致压缩后的方位输出采样间隔Λ η"调整为一个固定间隔Λ η"。，获得方位输出采样间隔不随距离频率变换的方位预处理雷达数据。
4.根据权利要求3所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，子孔径m接收的子带η对应的方位向解斜函数hm,n(iA η'，f\)表示为: hm.n{iATiJr)=^ -^> 其中，i = -1 / 2,-1 / 2+1,..., I / 2-1，I为输入的单子带单孔径回波的方位向样本个数，Λ η'为原始信号的采样间隔，j为虚数单位，π为圆周率，fm为子带m的载频，f\为距离向频率，vs为平台运动速度，c为光速，Rs为平台到方位向波束旋转中心的最近斜距，Λ xm,n为等效相位中心位置到天线中心的距离。
5.根据权利要求3所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，所述方位一致压缩后的方位输出采样间隔λ η"表示为: Λ ” Ar)=---
(/,+Λ)2ν.:.Δ^ -J其中C为光速，Rs为平台到方位向波束旋转中心的最近斜距，N为发射的线性调频信号个数，fm为子带m的载频，f\为距离向频率，vs为平台运动速度，Δ η'为原始信号的采样间隔，J为方位输出样本数目； 变标傅里叶变换(SCFT)后对应的方位输出采样间隔为:
6.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，所述距离向子带合成的步骤如下: 521:对方位预处理后的子带信号进行距离向匹配滤波，得到一组距离压缩后的子带信号; 522:对距离压缩后的一组子带信号在距离频域补零，得到升采样后的一组子带信号； S23:对升采样后的一组子带信号在距离向逆傅里叶变换，获得一组距离向时域的子带信号; S24:对一组距离向时域的子带信号进行频移及拼接，获得子带合成后的宽带信号。
7.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，所述距离徙动算法(RMA)实现步骤为: 531:将子带合成后的宽带信号变换到二维频域； 532:在二维频域乘以RMA算法中的参考函数，获得粗聚焦的雷达信号； 533:对乘参考函数后的雷达信号进行斯托尔特(STOLT)映射，得到最终的雷达图像。
8.根据权利要求7所述的星载合成孔径雷达体制实现方法，其特征在于，所述RMA算法中的参考函数Hkfm(f\，fn)的表达式为:
【文档编号】G01S13/90GK103728618SQ201410020544
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】罗绣莲, 王宇, 邓云凯, 徐伟, 罗运华, 郭磊, 王伟, 陈倩 申请人:中国科学院电子学研究所