一种合成孔径雷达成像方法、设备及系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种合成孔径雷达(SAR)成像方法及设备，根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向图包括第一发射天线方向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相位参数转换为所述第二发射天线方向图；该方法还包括：根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前向区域，并在预设的时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目标的后向区域；根据接收天线方向图同时接收前向回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像。
【专利说明】一种合成孔径雷达成像方法、设备及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达通信与信号处理【技术领域】，特别涉及一种合成孔径雷达成像方 法、设备及系统。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR)，利用雷达与目标的相对运动将 尺寸较小的真实天线孔径，采用数据处理的方法合成为一个较大的等效天线孔径的雷达， SAR的特点是可以产生高分辨率的图像，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
[0003] 现有双波束SAR成像技术方案中，在发射时根据发射天线方向图同时发射第一子 脉冲信号分别照射目标的前向区域及后向区域；在接收时根据接收天线方向图同时接收前 向回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有双波束SAR成像技术方案至少存在以下 缺陷：
[0005] 现有双波束SAR成像技术方案，在发射时根据发射天线方向图同时发射第一子脉 冲信号分别照射目标的前向区域及后向区域；在接收时根据接收天线方向图同时接收前向 回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像，这样， 在对接收的前向回波信号及后向回波信号进行频谱分离时，具有较差的频谱分离度，因此， 后续成像效果较差。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种SAR成像方法及设备，不仅能够得到较好的 成像效果，还具有较高的系统性能。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供了一种SAR成像方法，根据所述SAR的系统参数配置发射天线 方向图、接收天线方向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向图 包括第一发射天线方向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相位 参数转换为所述第二发射天线方向图；该方法还包括：
[0009] 根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前向区域，并在预设的 时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目标的后向区域；
[0010] 根据接收天线方向图同时接收前向回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波 信号及后向回波信号分离后分别成像。
[0011] 上述方案中，所述将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像，包括：
[0012] 所述前向回波信号的频率确认为正多普勒频率，所述后向回波信号的频率确认为 负多普勒频率；
[0013] 在多普勒域通过带通滤波器将所述前向回波信号及后向回波信号分离；
[0014] 对分离后的前向回波信号及后向回波信号分别进行脉冲压缩并成像。
[0015] 上述方案中，所述SAR的系统参数包括测绘带宽、几何分辨率、方位向分辨率、方 位模糊比AASR、距离模糊比RASR、等效后向散射系数NESZ、前向斜视角及后向斜视角。
[0016] 上述方案中，所述根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向 图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号，包括：
[0017] 根据所述方位向分辨率确定多普勒带宽，根据所述几何分辨率确定与方位向天线 长度相关的发射带宽，以及根据前向斜视角及后向斜视角确定T/R组件个数；
[0018] 根据所述发射带宽、T/R组件个数、前向斜视角及后向斜视角配置第一发射天线方 向图、第二发射天线方向图、接收天线方向图；
[0019] 根据所述多普勒带宽、第一发射天线方向图、第二发射天线方向图、接收天线方向 图计算出前向AASRf或后向AASR b ;
[0020] 根据前向AASRf或后向AASRb、RASR及测绘带宽选取脉冲重复频率；
[0021] 在脉冲重复频率选取完成后，根据NESZ选取天线的平均发射功率；
[0022] 根据选取的脉冲重复频率、平均发射功率配置第一子脉冲信号及第二子脉冲信 号。
[0023] 上述方案中，所述预设的时间间隔大于等于所述第一发射天线方向图转换为所述 第二发射天线方向图所需的相位转换时间。
[0024] 根据上述方法，本发明实施例还提供了一种SAR，该SAR包括：配置模块、发射模 块、接收模块、成像模块；其中，
[0025] 所述配置模块，用于根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方 向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向图包括第一发射天线方 向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相位参数转换为所述第二 发射天线方向图；
[0026] 所述发射模块，用于根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前 向区域，并在预设的时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目 标的后向区域；
[0027] 所述成像模块，用于在所述接收模块根据接收天线方向图同时接收到前向回波信 号及后向回波信号时，将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像。
[0028] 上述方案中，所述成像模块具体用于：
[0029] 所述前向回波信号的频率确认为正多普勒频率，所述后向回波信号的频率确认为 负多普勒频率；
[0030] 在多普勒域通过带通滤波器将所述前向回波信号及后向回波信号分离；
[0031] 对分离后的前向回波信号及后向回波信号分别进行脉冲压缩并成像。
[0032] 上述方案中，所述SAR的系统参数包括测绘带宽、几何分辨率、方位向分辨率、 AASR、RASR、NESZ、前向斜视角及后向斜视角。
[0033] 上述方案中，所述配置模块具体用于：
[0034] 根据所述方位向分辨率确定多普勒带宽，根据所述几何分辨率确定与方位向天线 长度相关的发射带宽，以及根据前向斜视角及后向斜视角确定T/R组件个数；
[0035] 根据所述发射带宽、T/R组件个数、前向斜视角及后向斜视角配置第一发射天线方 向图、第二发射天线方向图、接收天线方向图；
[0036] 根据所述多普勒带宽、第一发射天线方向图、第二发射天线方向图、接收天线方向 图计算出前向AASRf或后向AASR b ;
[0037] 根据前向AASRf或后向AASRb、RASR及测绘带宽选取脉冲重复频率；
[0038] 在脉冲重复频率选取完成后，根据NESZ选取天线的平均发射功率；
[0039] 根据选取的脉冲重复频率、平均发射功率配置第一子脉冲信号及第二子脉冲信 号。
[0040] 上述方案中，所述预设的时间间隔大于等于所述第一发射天线方向图转换为所述 第二发射天线方向图所需的相位转换时间。
[0041] 本发明实施例所提供的SAR成像方法及设备，根据所述SAR的系统参数配置发射 天线方向图、接收天线方向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方 向图包括第一发射天线方向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整 相位参数转换为所述第二发射天线方向图；根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号 照射目标的前向区域，并在预设的时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉 冲信号照射目标的后向区域；根据接收天线方向图同时接收前向回波信号及后向回波信 号，并将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像；如此，相对于现有双波束SAR 的成像方法，本发明实施例在对接收的前向回波信号及后向回波信号进行频谱分离时，具 有更好的频谱分离度，从而能够得到更好的成像效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0042] 图1为本发明实施例SAR成像方法流程示意图；
[0043] 图2a为本发明实施例第一发射方向图及第二发射方向图的示意图；
[0044] 图2b为本发明实施例接收方向图的示意图；
[0045] 图3为本发明实施例与现有双波束SAR的AASR与PRF关系示意图；
[0046] 图4为本发明实施例在不同多普勒带宽下的AASR与PRF关系示意图；
[0047] 图5a为本发明实施例在方位向发射第一子脉冲信号及第二子脉冲信号的不意 图；
[0048] 图5b为本发明实施例在方位向接收前向回波信号及后向回波信号的示意图；
[0049] 图6为本发明实施例SAR的组成结构示意图；
[0050] 图7a为本发明实施例发射时方位时间与幅度的关系以及多普勒频率与幅度的关 系的不意图；
[0051] 图7b为本发明实施例接收时前向回波信号多普勒频率与幅度的关系以及后向回 波信号多普勒频率与幅度的关系的示意图；
[0052] 图7c为本发明实施例接收时前向方位向距离与幅度的关系以及后向方位向距离 与幅度的关系的示意图；
[0053] 图8a为现有双波束SAR在发射时方位时间与幅度的关系以及多普勒频率与幅度 的关系的不意图；
[0054] 图8b为现有双波束SAR接收时前向回波信号多普勒频率与幅度的关系以及后向 回波信号多普勒频率与幅度的关系的示意图；
[0055] 图8c为现有双波束SAR接收时前向方位向距离与幅度的关系以及后向方位向距 离与幅度的关系的示意图。
【具体实施方式】
[0056] 本发明实施例中，根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向 图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向图包括第一发射天线方 向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相位参数转换为所述第二 发射天线方向图；根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前向区域，并 在预设的时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目标的后向区 域；根据接收天线方向图同时接收前向回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波信号 及后向回波信号分离后分别成像。
[0057] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0058] 如图1所示，本发明实施例提供的SAR成像方法流程，具体实现步骤包括：
[0059] 步骤S100、根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向图、第一 子脉冲信号及第二子脉冲信号。
[0060] 其中，所述发射天线方向图包括第一发射天线方向图及第二发射天线方向图，所 述第一发射天线方向图通过调整相位参数转换为所述第二发射天线方向图。
[0061] 其中，所述SAR的系统参数包括测绘带宽、几何分辨率、方位向分辨率、方位模 糊比（Azimuth Ambiguity to Signal Ratio，AASR)、距离模糊比（Range Ambiguity to Signal Ratio，RASR)、等效后向散射系数（Noise-Equivalent Sigma Zero，NESZ)、前向斜 视角及后向斜视角。
[0062] 下面对如何根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向图、第 一子脉冲信号及第二子脉冲信号，进行详细说明：
[0063] 首先，根据所述方位向分辨率确定多普勒带宽Ba，根据所述几何分辨率确定与方 位向天线长度相关的发射带宽4，以及根据前向斜视角Θ s及后向斜视角-Θ s确定T/R组 件个数。
[0064] 然后，根据所述发射带宽4、T/R组件个数、前向斜视角Θ s及后向斜视角-Θ s配 置第一发射天线方向图、第二发射天线方向图、接收天线方向图，实现方式如下：
[0065] 为了实现天线在方位向和距离向的主动扫描，所述SAR通常采用二维平板天线， 由相控阵天线的工作原理，得到的单程方向图为：
[0066]
【权利要求】
1. 一种合成孔径雷达SAR成像方法，其特征在于，根据所述SAR的系统参数配置发射天 线方向图、接收天线方向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向 图包括第一发射天线方向图及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相 位参数转换为所述第二发射天线方向图；所述方法还包括： 根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前向区域，并在预设的时间 间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目标的后向区域； 根据接收天线方向图同时接收前向回波信号及后向回波信号，并将所述前向回波信号 及后向回波信号分离后分别成像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述前向回波信号及后向回波信 号分离后分别成像，包括： 所述前向回波信号的频率确认为正多普勒频率，所述后向回波信号的频率确认为负多 普勒频率； 在多普勒域通过带通滤波器将所述前向回波信号及后向回波信号分离； 对分离后的前向回波信号及后向回波信号分别进行脉冲压缩并成像。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SAR的系统参数包括测绘带宽、几何 分辨率、方位向分辨率、方位模糊比AASR、距离模糊比RASR、等效后向散射系数NESZ、前向 斜视角及后向斜视角。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述SAR的系统参数配置发射天 线方向图、接收天线方向图、第一子脉冲信号及第二子脉冲信号，包括： 根据所述方位向分辨率确定多普勒带宽，根据所述几何分辨率确定与方位向天线长度 相关的发射带宽，以及根据前向斜视角及后向斜视角确定T/R组件个数； 根据所述发射带宽、T/R组件个数、前向斜视角及后向斜视角配置第一发射天线方向 图、第二发射天线方向图、接收天线方向图； 根据所述多普勒带宽、第一发射天线方向图、第二发射天线方向图、接收天线方向图计 算出前向AASRf或后向AASRb ; 根据前向AASRf或后向AASRb、RASR及测绘带宽选取脉冲重复频率； 在脉冲重复频率选取完成后，根据NESZ选取天线的平均发射功率； 根据选取的脉冲重复频率、平均发射功率配置第一子脉冲信号及第二子脉冲信号。
5. 根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述预设的时间间隔大于等于 所述第一发射天线方向图转换为所述第二发射天线方向图所需的相位转换时间。
6. -种SAR，其特征在于，所述SAR包括：配置模块、发射模块、接收模块、成像模块；其 中， 所述配置模块，用于根据所述SAR的系统参数配置发射天线方向图、接收天线方向图、 第一子脉冲信号及第二子脉冲信号；其中，所述发射天线方向图包括第一发射天线方向图 及第二发射天线方向图，所述第一发射天线方向图通过调整相位参数转换为所述第二发射 天线方向图； 所述发射模块，用于根据第一发射天线方向图发射第一子脉冲信号照射目标的前向区 域，并在预设的时间间隔之后，根据第二发射天线方向图发射第二子脉冲信号照射目标的 后向区域； 所述成像模块，用于在接收模块根据接收天线方向图同时接收到前向回波信号及后向 回波信号时，将所述前向回波信号及后向回波信号分离后分别成像。
7. 根据权利要求6所述的SAR，其特征在于，所述成像模块具体用于： 所述前向回波信号的频率确认为正多普勒频率，所述后向回波信号的频率确认为负多 普勒频率； 在多普勒域通过带通滤波器将所述前向回波信号及后向回波信号分离； 对分离后的前向回波信号及后向回波信号分别进行脉冲压缩并成像。
8. 根据权利要求6所述的SAR，其特征在于，所述SAR的系统参数包括测绘带宽、几何 分辨率、方位向分辨率、AASR、RASR、NESZ、前向斜视角及后向斜视角。
9. 根据权利要求8所述的SAR，其特征在于，所述配置模块具体用于： 根据所述方位向分辨率确定多普勒带宽，根据所述几何分辨率确定与方位向天线长度 相关的发射带宽，以及根据前向斜视角及后向斜视角确定T/R组件个数； 根据所述发射带宽、T/R组件个数、前向斜视角及后向斜视角配置第一发射天线方向 图、第二发射天线方向图、接收天线方向图； 根据所述多普勒带宽、第一发射天线方向图、第二发射天线方向图、接收天线方向图计 算出前向AASRf或后向AASRb ; 根据前向AASRf或后向AASRb、RASR及测绘带宽选取脉冲重复频率； 在脉冲重复频率选取完成后，根据NESZ选取天线的平均发射功率； 根据选取的脉冲重复频率、平均发射功率配置第一子脉冲信号及第二子脉冲信号。
10. 根据权利要求6至9任一项所述的SAR，其特征在于，所述预设的时间间隔大于等 于所述第一发射天线方向图转换为所述第二发射天线方向图所需的相位转换时间。
【文档编号】G01S13/90GK104280733SQ201410497665
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】蒋海, 宋红军, 徐伟, 王伟, 郭磊, 罗绣莲 申请人:中国科学院电子学研究所