多角度合成孔径雷达数据获取的方法
【专利摘要】本发明提供了一种多角度合成孔径雷达数据获取的方法。该方法利用条带合成孔径雷达方式录取地物场景多角度散射回波数据可突破场景受限约束的优点，在雷达平台运动过程中，通过采用不同方位指向的多个发射/接收天线，形成多个天线照射波束，发射并接收具有正交编码特性的脉冲信号，以条带方式录取同一场景或目标的多个视角散射回波数据，并通过成像处理方法获取包含多角度散射信息的大范围的、连续的目标条带场景二维微波图像，适用于对散射特性随方位角变化的目标场景如建筑物进行对地观测。
【专利说明】多角度合成孔径雷达数据获取的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成孔径雷达【技术领域】，尤其涉及一种多角度合成孔径雷达数据获取的方法。
【背景技术】
[0002]条带式合成孔径雷达数据获取方式通常采用单一天线波束以正侧视或斜视方式照射目标场景，以条带方式录取场景内散射点的回波数据。由于大部分目标尤其是人造目标如建筑物存在较复杂的边、角结构，因而具有随方位视角变化的散射特性，而传统的条带合成孔径雷达波束方位指向固定，只能获取包含目标固定方位视角散射特性的回波数据。
[0003]为了获取目标场景多角度的散射特性，国内外就圆迹合成孔径雷达和宽角合成孔径雷达获取目标多角度散射特性数据展开了一些研究(Lin, Yun, et al." Airbornecircular SAR imaging:Results at P-band." 2012IEEE International Geoscienceand Remote Sensing Symposium(IGARSS), 2012 ；Qi, Liu, et al." Study on SAR imageformation for aspect-dependent scatterers." 2nd Asian-Pacific Conference onSynthetic Aperture Radar, 2009.APSAR2009.ffiEE，2009.)，但是圆迹合成孔径雷达和宽角合成孔径雷达都是针对某一范围受限的地物场景以圆/曲线轨迹和聚束方式获取回波数据，具有一定的局限性。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技 术问题
[0005]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种多角度合成孔径雷达数据获取的方法，以实现对散射特性随方位角变化的地物场景如建筑物进行对地观测，获取大范围的、连续的目标条带场景二维微波图像。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]本发明多角度合成孔径雷达数据获取的方法包括:步骤A:在雷达平台上沿方位向X，设置一列共N个收发共用方式的发射/接收天线Tx, ,/Rx,,，令雷达平台以速度V沿方位向进行匀速直线运动，其中，Tx,i表示第i个收发共用天线工作在发射天线状态，Rx,i表示第i个收发共用天线工作在接收天线状态，i = 1,2,...，N ;步骤B:雷达平台沿方位向X每运动V/PRF间隔，N个发射/接收天线Tx, ,/Rx, i就进行一次发射接收过程，N个接收天线分别接收到的散射回波数据经处理后构成原始回波数据集R:
[0008]R= Ir1 ( η , t ; Θ 丄，Δ ΘTi ( n , t ； Θ j, Δ θ ),...rN( n , t ； θ Ν, Δ θ )}
[0009]其中，rjna ; θ ρ Λ θ)是第i个接收天线Rxi接收到的散射回波数据经由下变频和AD采样后的数据，PRF为雷达工作的脉冲重复频率；步骤C:对原始回波数据集R中对应每个接收天线Rx,i的二维回波数据部分A ( η，t ; Θ y Λ θ )，根据正交编码的方式解调分
离出仅由发射天线Tx,,发射，经目标散射后被接收天线Rx, i接收的部分(?υ\θη/\θ)，形成新的回波数据集 R，其中 R = { ,H ".": 3,Λ 沒),.彳(:Λ(/: θχ, Λ 沒)};
步骤D:对新回波数据集&中每个分离后的二维数据使用二维成像算法进
行成像处理，得到N个同一目标区域的条带二维微波图像&(1，y^i，Δ Θ)，形成图像集G:
[0010]G= {gi(x, y ; Θ i, Δ Θ ) ,...gi (χ, y ； Θ J, Δ θ ) ,...gN(x, y ； θ J, Δ θ )}
[0011]步骤E:对图像集G中的N个同一目标区域的条带二维微波图; θ ρ Δ θ )
进行图像配准，得到配准后图像集0.[0012]G = (j, >'； O1, Αθ),..(j5 J/; Θ,ΛΘ),...gN (JC5 7； θ:, Δ0)}；以及步骤F，
使用多角度信息融合与提取方法在配准后图像集?中提取目标条带场景散射角范围
[Θν-Δ θ/2, Θ1+Δ θ /2]的多角度散射信息，由该多角度散射信息得到目标条带场景二维微波图像M (X，y)。
[0013](三)有益效果
[0014]从上述技术方案可以看出，本发明多角度合成孔径雷达数据获取的方法具有以下有益效果:
[0015](I)通过采用不同方位指向的多个发射/接收天线，形成多个天线照射波束，克服了传统条带合成孔径雷达波束方位指向固定、获取的散射数据角度信息单一的局限性，能够获取目标场景散射点多角度的散射信息，散射信息更丰富。
[0016](2)对多角度散射数据的获取是通过条带方式进行，相比于圆迹合成孔径雷达和宽角合成孔径雷达等其它多角度数据获取方式地物场景范围受限的情况，能够获取包含多角度散射信息的大范围的、连续的目标条带场景二维微波图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为根据本发明实施例多角度合成孔径雷达数据获取方法的流程图；
[0018]图2为多角度合成孔径雷达数据获取的示意图；
[0019]图3为雷达天线与波束的示意图；
[0020]图4为建筑物目标被不同视角波束照射示意图。
【具体实施方式】
[0021]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。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0022]本发明利用条带合成孔径雷达方式录取地物场景多角度散射回波数据可突破场景受限约束的优点，在雷达平台运动过程中，通过采用不同方位指向的多个发射/接收天线，形成多个天线照射波束，发射并接收具有正交编码特性的脉冲信号，以条带方式录取同一场景或目标的多个视角散射回波数据，并通过成像处理方法获取包含多角度散射信息的大范围的、连续的目标条带场景二维微波图像，适用于对散射特性随方位角变化的目标场景如建筑物进行对地观测。
[0023]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种多角度合成孔径雷达数据获取的方法。图1为根据本发明实施例多角度合成孔径雷达数据获取方法的流程图，其中X、Y和Z代表成像目标区域三维空间直角坐标轴，其中X沿雷达平台的航迹方向，为方位向，Y为距离向，Z为高程向；x、y和Z分别表示沿坐标轴的坐标值。如图1所示，本实施例多角度合成孔径雷达数据获取方法包括:
[0024]步骤A:在雷达平台上沿方位向X，设置一列共N个收发共用方式的发射/接收天线Tx,i/Rx,i，其中，i = 1,2,..., N, Tx,i表示第i个收发共用天线工作在发射天线状态，Rx,i表示第i个收发共用天线工作在接收天线状态，令雷达平台以速度V沿方位向进行匀速直线运动；
[0025]本实施例中，天线的形式可以为单一喇叭天线，也可以是微带天线构成天线子阵；
[0026]步骤B:雷达平台沿方位向X每运动V/PRF间隔，N个发射/接收天线Tx, ,/Rx,,就进行一次发射接收过程，形成原始回波数据集R，其中，该原始二维回波数据R包含同一目标被多个波束以不同视角照射后的散射信息，PRF是雷达工作的脉冲重复频率；
[0027]图2为多角度合成孔径雷达数据获取的示意图，图中以五个不同指向波束为例。图3为雷达天线与波束的示意图。请参照图2和图3，本步骤B中，对于一次的发射接收过程，包括:
[0028]子步骤BI，在慢时间采样时刻η，N个发射天线形成不同方位指向Q1,...Qi,...ΘΝ，波束宽度Λ Θ的N个天线波束；
[0029]其中Θ i为第i个天线照射波束的波束中心指向角，Λ Θ为其波束宽度，满足Θ i=Θ 1-1-Δ Θ , i = 1,2,..., N, Θ j > O表示前视，QiCO表示后视,这样形成总的视角范围Θ e [-1 Θ」-Λ θ/2，Θ1+Δ Θ/2],ΘΝ*别为第I个发射/接收天线和第N个发射/接收天线的方位指向；
[0030]子步骤B2，N个发射天线分别发射具有正交编码特性的脉冲信号
Si(t) ?...Si(t)，...Sn(t);
[0031]其中，Si⑴表示第i个发射天线发射的脉冲信号，t表示回波数据的快时间坐标，脉冲信号81(0，...Si(t)，...sN(t)被相应的发射天线同时发射，且具有正交编码特性，即:
[0032]
【权利要求】
1.一种多角度合成孔径雷达数据获取的方法，其特征在于，包括: 步骤A:在雷达平台上沿方位向X，设置一列共N个收发共用方式的发射/接收天线Tx,i/Rx, i，令雷达平台以速度V沿方位向进行匀速直线运动，其中，Tx, i表示第i个收发共用天线工作在发射天线状态，R5ili表示第i个收发共用天线工作在接收天线状态，i = 1,2,...,N； 步骤B:雷达平台沿方位向X每运动V/PRF间隔，N个发射/接收天线Tx, ,/Rx,,就进行一次发射接收过程，N个接收天线分别接收到的散射回波数据经处理后构成原始回波数据集R:
R= Ir1 ( η , t ; Θ P Δ ΘTi ( n , t ； Θ j, Δ Θ )，...rN( η , t ; Θ N，Δ θ )} 其中，ri(n，t ; Qi, Δ Θ)是第i个接收天线Rx, i接收到的散射回波数据经由下变频和AD采样后的数据，PRF为雷达工作的脉冲重复频率； 步骤C:对原始回波数据集R中对应每个接收天线Rx, i的二维回波数据部分ri(n,Δ Θ)，根据正交编码的方式解调分离出仅由发射天线Tx,i发射，经目标散射后被接收天线Rx, i接收的部分0，ΠΔ(9)，形成新的回波数据集R，其中
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中每一次发射接收过程包括: 子步骤BI，在慢时间采样时刻η，N个发射天线形成不同方位指向波束宽度△ Θ的N个天线波束； 子步骤B2，N个发射天线分别发射具有正交编码特性的脉冲信号Si (t) ?...Si(t)，...Sn(t); 子步骤B3，N个接收天线Ru，...Rx,i，...RX,N同时接收同一场景或目标的所述脉冲信号的散射回波数据；以及 子步骤B4，将每个接收天线所接收的散射回波数据进行下变频和AD采样，并将结果保存到原始回波数据集R中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述N个发射/接收天线?^/Ru就进行发射接收过程持续的时间T满足:
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述具有正交编码特性的脉冲信号Si (?)，...SiJ (?)，...Sn (?)俩足:
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第i个接收天线接收到的回波数据经由下变频和AD采样后的数据A ( η，t ; Θ P Λ Θ )为:
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤D中的二维成像算法为距离多普勒算法、Chirp-Scaling算法或距离徙动算法。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤E中图像配准的方法为相关系数法或相干系数法。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述发射/接收天线为单一喇口八天线或微带天线构成天线子阵。
【文档编号】G01S13/90GK103954964SQ201410217041
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】王彦平, 韩阔业, 林赟, 洪文, 王卫延 申请人:中国科学院电子学研究所