线性阵列天线同时mimo-sar成像系统和方法
【专利摘要】公开了一种线性阵列天线同时MIMO-SAR成像系统和方法。该系统包括：线性阵列天线，包括线性发射阵列天线和线性接收阵列天线；线性阵列天线正交频分MIMO收发装置，产生多路射频信号，将多路射频信号同时发送至发射阵列天线；还用于同时接收来自线性接收阵列天线的多路回波信号，基于多路回波信号生成视频回波信号；数据采集装置，采集视频回波信号，根据视频回波信号生成成像回波数字信号；预处理模块，根据固定相位偏差对成像回波数字信号进行相位补偿；成像处理模块，对经相位补偿后的成像回波数字信号进行成像。由此，能实现信号的同时多发多收工作方式，无需提高成像系统的脉冲重复频率，有利于成像系统实现远距离不模糊成像和大幅宽成像。
【专利说明】线性阵列天线同时MIMO-SAR成像系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微波成像领域，具体地，涉及一种线性阵列天线同时MIM0-SAR(多输 入多输出-合成孔径雷达）成像系统和方法。
【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；此 夕卜，采用特定工作频段，其雷达系统轻量和小型化易于实现，增强了系统与平台的适应性。
[0003] 但现有的机载阵列天线前视成像系统由于采用分时单发单收或单发多收工作方 式等效实现多发多收（Multi Input Multi Output,简称ΜΙΜΟ),进而获取观测区域的回波 信号，因此，还存在较多问题需要进一步改善。首先，同等工作条件下，分时收发工作方式需 要提高系统的脉冲重复频率，进而降低了系统的不模糊成像距离，不利于实现大幅宽成像； 其次，由于平台运动影响，分时收发使得常规数据采集模式"走-停-走"不再成立，引起成 像处理和运动补偿的复杂性；最后，由于采用微波开关网络进行分时单发单收或单发多收 工作方式，单次数据获取时间较长，系统图像刷新率相对较小。因此，迫切需要一种新型的、 能够同时ΜΙΜΟ的微波信号收发机制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种能够同时MM0-SAR的线性阵列天线同时ΜΜ0成像-SAR 系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供一种线性阵列天线同时MM0-SAR成像系统，该系 统包括：所述线性阵列天线，包括用于发射射频信号的线性发射阵列天线和用于接收回波 信号的线性接收阵列天线；线性阵列天线正交频分MM0-SAR收发装置，用于产生多路射频 信号，并将所述多路射频信号同时发送至所述发射阵列天线，以由所述线性发射阵列天线 同时发射；该MM0-SAR收发装置还用于同时接收来自所述线性接收阵列天线的多路回波 信号，并基于所述多路回波信号生成视频回波信号；数据采集装置，用于从所述MM0-SAR 收发装置采集所述视频回波信号，并根据所接收到的视频回波信号生成成像回波数字信 号；预处理模块，用于根据固定相位偏差对所述成像回波数字信号进行相位补偿；以及成 像处理模块，用于对经所述相位补偿后的成像回波数字信号进行成像。
[0006] 优选地，所述线性发射阵列天线中的发射天线的数量为2Ν，所述线性接收阵列天 线中的接收天线的数量为Μ ;并且，所述多路射频信号为2Ν路射频信号，以及所述多路回波 信号为2ΝΧΜ路回波信号，其中，2Ν > 2, Μ > 2。
[0007] 优选地，
【权利要求】
1. 一种线性阵列天线同时MIMO-SAR成像系统，其特征在于，该系统包括： 所述线性阵列天线，包括用于发射射频信号的线性发射阵列天线和用于接收回波信号 的线性接收阵列天线； 线性阵列天线正交频分MMO-SAR收发装置，用于产生多路射频信号，并将所述多路射 频信号同时发送至所述发射阵列天线，以由所述线性发射阵列天线同时发射；该MIMO-SAR 收发装置还用于同时接收来自所述线性接收阵列天线的多路回波信号，并基于所述多路回 波信号生成视频回波信号； 数据采集装置，用于从所述MMO-SAR收发装置采集所述视频回波信号，并根据所接收 到的视频回波信号生成成像回波数字信号； 预处理模块，用于根据固定相位偏差对所述成像回波数字信号进行相位补偿；以及 成像处理模块，用于对经所述相位补偿后的成像回波数字信号进行成像。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线性发射阵列天线中的发射天线的 数量为2N，所述线性接收阵列天线中的接收天线的数量为M;并且，所述多路射频信号为2N 路射频信号，以及所述多路回波信号为2NXM路回波信号，其中，2N> 2,M> 2。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
其中，Lsyn为所述线性阵列天线的水平方向尺寸大小；△Ih 为所述线性发射阵列天线 中的任意相邻独立发射天线阵元口面中心之间的最小水平间距；以及Alh^为所述线性接 收阵列天线中的任意相邻独立接收天线阵元口面中心之间的最小水平间距。
4. 根据权利要求1-3中任一权利要求所述的系统，其特征在于，通过以下方式对所述 成像回波数字信号进行相位补偿：
AX * ⑷表示等效相位中心采样点 点(?，凡aA)之间的距离；，凡v,,f，z0-表示第?个发射独立天线阵元天线与第 个接收独立天线阵元天线形成的等效相位中心采样点，(xu，，z(,)表示第k个发射独立 天线阵元天线与第个接收独立天线阵元天线形成的等效相位中心采样点，其中k= 1， 2，...，N，N+1，…，2N，ntr=l，2，...，N，N+1，…，2N，mre=l，...，M; fs表示采样率； fu为第k个发射通道的射频信号载频信号频率； C为电磁波传播速度； 表示第nta个发射独立天线阵元天线发射信号后经目标Pn反射回来后进入第 个接收独立天线阵元天线的传播延迟时间变量； 为第个发射独立天线阵元天线发射信号后经目标Pn反射回来后进入第个 接收独立天线阵元天线的传播距离； 为系统合成完整信号带宽。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：用于显示图像的显示模 块，和/或用于测量所述线性阵列天线的位置和姿态的惯性测量模块。
6. -种线性阵列天线同时MMO-SAR成像方法，其特征在于，该方法包括： 产生多路射频信号，并将所述多路射频信号同时发送至线性阵列天线中的线性发射阵 列天线； 由所述线性发射阵列天线同时发射所述多路射频信号； 同时接收来自所述线性阵列天线中的线性接收阵列天线的多路回波信号，并基于所述 多路回波信号生成视频回波信号； 根据所述视频回波信号生成成像回波数字信号； 根据固定相位偏差对所述成像回波数字信号进行相位补偿；以及 对经所述相位补偿后的成像回波数字信号进行成像。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性发射阵列天线中的发射天线的 数量为2N，所述线性接收阵列天线中的接收天线的数量为M;并且，所述多路射频信号为2N 路射频信号，以及所述多路回波信号为2NXM路回波信号，其中，2N> 2,M> 2。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
其中，Lsyn为所述线性阵列天线的水平方向尺寸大小；△Ih 为所述线性发射阵列天线 中的任意相邻独立发射天线阵元口面中心之间的最小水平间距；以及Alh^为所述线性接 收阵列天线中的任意相邻独立接收天线阵元口面中心之间的最小水平间距。
9. 根据权利要求6-8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过以下方式对所述 成像回波数字信号进行相位补偿：
其中，,,k,?，見)表示经所述相位补偿后的成像回波数字信号； ""n- I--\n- V / W 表示第I个接收独立天线阵元天线接收所对应的成像回 波数字信号； Idf/w，《 J表示所述固定相位偏差; L nVW,- A尔' r."*」 tGw,,.，心，々）表示等效相位中心采样点，凡"?".，4)到等效相位中心采样点 ，凡之间的距离；k，凡vv，z〇表示第ntr个发射独立天线阵元天线与第mre个 接收独立天线阵元天线形成的等效相位中心采样点，表示第k个发射独立 天线阵元天线与第个接收独立天线阵元天线形成的等效相位中心采样点，其中k= 1， 2，...，N，N+1，…，2N，ntr=l，2，...，N，N+1，…，2N，mre=l，...，M; fs表示采样率； fu为第k个发射通道的射频信号载频信号频率； C为电磁波传播速度； 表示第nta个发射独立天线阵元天线发射信号后经目标Pn反射回来后进入第 个接收独立天线阵元天线的传播延迟时间变量； lIy,,为第nta个发射独立天线阵元天线发射信号后经目标Pn反射回来后进入第个 接收独立天线阵元天线的传播距离； 为系统合成完整信号带宽。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括：显示图像；和/或测量所 述线性阵列天线的位置和姿态。
【文档编号】G01S13/90GK104267401SQ201410561751
【公开日】2015年1月7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