多测绘带条带合成孔径雷达成像的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上设及借助于合成孔径雷达（SAR)的远程感测，并且特别地设及用于 多测绘带条带SAR成像的创新方法。
【背景技术】
[0002] 在图1中示出了用于生成地球表面的SAR图像的典型参考几何图形。对此，希望 强调下述事实：在图1中（并且也在下文中将示出和描述的后续的图中），在不丧失一般性 的情况下，仅为了图示和描述的方便和简洁，地球表面被（并且将被）示出为"平坦的"。
[0003] 特别地，图1示意性地示出了在假定为基本上恒定的高度h处（相对于地球表面） 沿飞行方向d移动的合成孔径雷达（为了描述的简洁，下文中被称为SAR传感器）10。如 已知的，沿天底方向Z来测量SAR传感器10的高度h，该天底方向Z通过所述SAR传感器 10 (特别是通过SAR传感器10的天线的相位中屯、）并且与地球表面和飞行方向d正交。 方便地，通过空中/空间平台（为了图示的简洁，未在图1中示出）如飞行器，无人飞行器 0JAV)或卫星沿飞行/轨道方向来运输SAR传感器10。飞行方向d的地面轨迹识别方位角 方向X，该方位角方向X与所述飞行方向d平行并且与天底方向Z正交，而与天底方向Z和 方位角方向X均正交的交叉轨迹方向y与方位角方向X-起识别与地球表面相切的x-y平 面。在使用时，借助于合适的天线（为了图示的简洁，未在图1中示出），SAR传感器10沿 采集方向sr发送雷达脉冲并且接收相关联的反向散射信号，该采集方向sr识别倾斜范围 并且与天底方向Z形成仰角0W及与飞行方向d形成斜视角4(或者，等同地，与方位角 方向X形成斜视角4)，该斜视角4在图1中所示的采集几何图形中等于90°。
[0004] 特别地，在图1中所示的SAR采集几何图形与所谓的条带模式有关，在条带模式 中，SAR传感器10利用雷达脉冲来照亮被称为测绘带的地球表面的一个条带，并且随后接 收来自该地球表面的一个条带的相关联的反向散射信号，所述测绘带原则上与方位角方向 X平行地延伸并且具有沿交叉轨迹方向y的给定宽度W。为了更加明确，图2示出了x-y平 面中的条带模式下的SAR采集的几何图形，在x-y平面处，可W观测到斜视角4如何都相 同（特别地，在图2中所示的示例中，斜视角4都是直角）。
[0005] SAR技术可W被视为成熟的技术。实际上，当前存在无数的描述SAR技术的特性和 潜能的文章、技术手册、专利和专利申请；就运点而言，可W参考下述文献：
[0006] ?Josef Mittermayer等人的题为"Bidirectional SAR Imaging Mode"的文章， IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,第 51 卷，第 1 号，2013 年 1 月 1 日，第601页至614页，在下文中为了描述的简洁，该文献将被称为Ren并且其描述了用于 创建双向SAR图像的模式； 阳007] ?德国专利申请DE103 19 063A1，在下文中为了描述的简洁，该文献将被称为 Ref2并且其设及具有用于生成多个SAR波束的多个天线单元的SAR天线方法和系统；
[0008] ?A.Qirrie等人的题为"Wide-swathSAR"的文章，IEEProceedingsofRadar andSi即aLProcessing,第139卷，第2号，1992年4月1日，第122页至135页，在下文中 为了描述的简洁，该文献将被称为Ref3并且其描述了用于经由SAR来加宽可观测的测绘带 的各种方法；
[0009] ?G.Krieger等人的题为"AdvancedCone巧tsforHi曲-ResoLutionWide-Swath SARImaging"的文章，8thEuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar，2010 年 6月7日，第524页至527页，在下文中为了描述的简洁，该文献将被称为Ref4并且其示出 关于用于创建高分辨率宽测绘带SAR图像的多通道SAR系统的各种概念；
[0010] ?J.C.QirLander和R.N.McDonou曲的题为"SyntheticApertureRadar:Systems andSignalProcessing" 的书，WiLeySeriesinRemoteSensing，WiLey-Interscience， 1991年，在下文中为了描述的简洁，该文献将被称为Re巧并且是关于SAR系统的技术手册； W及
[0011] ?G.Rranceschetti和R.Lanari的题为"SyntheticApertureRADARProcessing" 的书，CRCPress, 1999年3月，在下文中为了描述的简洁，该文献将被称为Ref6并且是关 于SAR系统的另一技术手册。
[0012] 如已知的，条带模式下的SAR采集的方位角分辨率是角孔径（或角差一一A角） 的函数，由SAR传感器利用该角孔径来观测目标；或者，等同地，方位角分辨率也可W被看 作与SAR传感器的速度有关的时间差（A时间），利用该时间差来观测目标。特别地，可W 通过W下等式来表示方位角分辨率（针对进一步的细节，请参考Ref3、Re巧和Ref6):
[0013]
[0014] 其中，res表示方位角分辨率，A表示由SAR传感器使用的波长，而deUa_angLe 表示角孔径（或角差一一A角），由SAR传感器利用该角孔径来观测目标。
[0015] 将角度假定为天线的3地孔径（单向）（=0. 8886A/I，其中L表示沿SAR传感器 的天线的方位角方向的物理长度或等效长度），可W得到通常与针对条带模式的方位角分 辨率相关联的约束条件，其等于L/2 (针对进一步的细节，请参考Re巧、Re巧和Ref6)。
[0016] 当前，非常宽的天线波束用于提高方位角分辨率，运些是通过W下来实现：使用小 尺寸的天线或被照亮的天线或具有幅度和/或相位调制的天线W便减少等效尺寸，或者通 过使用所谓的聚束模式，该聚束模式的采集逻辑在图3中示意性地示出。
[0017] 特别地，如图3中所示，在聚束模式下的SAR采集逻辑设想的是：在SAR传感器10 的飞行运动期间，使用对天线波束的连续的或准连续的转向，W便利用雷达脉冲来照亮相 同的关注区域，并且随后接收来自该关注区域的相关联的反向散射信号，W此方式，增大了 SAR传感器10在所述关注区域上的持续时间并且因此提高了方位角分辨率。
[0018] W上所述的两种用于提高方位角分辨率的方法均受一些缺陷的影响。特别地，非 常宽的天线波束的使用需要使用非常高的发送功率，而聚束模式引入了对测绘带的方位角 长度的限制。
[0019] 如在文献中所指出的，存在对操作模式的参数进行关联的数学关系。特别地，方位 角采样表示将发送/接收脉冲重复频率（RP巧关联至波束的尺寸并且关联至SAR传感器的 速度（针对进一步的细节，请参考Ref3、Re巧和Ref6):
[0020]
[0021] 其中，a是取决于期望的模糊度的参数，V表示SAR传感器的速度，而L表示沿SAR 传感器的天线的方位角方向的物理长度或等效长度。 阳02引PRF的值限制了测量区域（测绘带）在范围上的扩展（针对进一步的细节，请参考Ref3、Re巧和Ref6):
[0023]
[0024] 其中，AR表示测量区域（测绘带）在范围上的扩展，I表示所发送的脉冲的时间 间隔（或持续时间），而C表示光的速度。
[0025] 为了最大程度地利用SAR系统的功能，针对SAR传感器的使用，除了条带模式和聚 束模式之外，在多年内已经提出了各种其它技术，其可W分成=种主要模式：
[0026] ?突发模式；
[0027] ?空分模式；化及
[00測 ?角分模式。
[0029] 主要的突发模式是ScanSAR模式，其将时间分成同步突发（即具有常规速率）。在 每个突发中W使得正确地采样方位角频谱（针对进一步的细节，请参考Re巧、Re巧和Ref6) 的方式、但是针对更短的时间（并且因而更小的A角）来获取天线的标称PRF处的场景部 分。该时间划分能够在随后的突发中沿其它方向来切换波束，W便增大测绘带的范围。在 实践中，将"方位角时间"分成Nb个突发，并且在每个突发中获取不同的条带。该模式的最 大禁忌在于：通过减少所获取的A角，方位角分辨率变差。特别地，保证条带中不存在"孔" 的连续覆盖的约束条件隐含了最佳方位角分辨率不能小于（优于）某个量（针对进一步的 细节，请参考Ref3、Re巧和Ref6);特别地得到下述表达式： 阳030] resscansar^ (Nb+l)