专利名称：毫米波交轨三孔径稀疏阵sar系统的侧视三维成像法的制作方法
技术领域：
本发明涉及雷达成像和信号处理技术领域，特别是利用机载毫米波交轨三孔径干涉SAR系统在交轨向所产生的最小稀疏阵列结构，实现对观测场景侧视三维成像的方法。
背景技术：
机载毫米波交轨三孔径干涉SAR系统的侧视成像几何模型，如
图1所示，雷达通过载机平台在X方向(顺轨向)的运动形成了一个合成孔径，来获得顺轨向分辨率；再利用分布在Y方向(交轨向)的三个孔径一发三收的回波信号，通过多相位中心孔径综合原理获得交轨向等效的阵列结构，来得到交轨向分辨率；Z方向(高程向)分辨率则通过发射宽带信号来获得，最终实现对观测场景的三维成像。为了降低系统的体积、重量和复杂度，考虑在交轨向布设稀疏阵列天线。利用阵列天线稀疏优化方案(如最小冗余线列阵，对旁瓣电平有约束的稀疏阵，方向图乘积降低稀疏阵栅瓣，能获得满阵相位中心的稀疏阵等)来获得交轨向稀疏阵列天线的布局。针对稀疏阵列天线存在的峰值旁瓣比和积分旁瓣比较高问题，采用全阵的方向图来控制分辨率，采用子阵的方向图来控制峰值旁瓣比和积分旁瓣比。本发明中相关的技术背景主要基于下面一系列文献[I]. GierullCH. OnaConceptforanAirborneDownward-LookinglmagingRadar[J].1nternationaoljournalofElectronicsandCommunications( AElI ). Vol. 53, No. 6,1999 295-304.[2]. GiretR, JeulandH, EnertP. AStudyof3D-SARConceptforaMillimeterwaveimagingradaronboardanUAV[C]. EurppeanRadarConference2004. Amsterdam, Netherland,2004.[3]. KlareJ, BrennerAR, EnderJHG. ANewAirborneRadarfor3dImaging-1mageFormationUsingtheARTINOPrinciple[C]. 6thEuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar(EUSAR2006). Dresden, Germany,2006 :16-18[4],侯颖妮.基于稀疏阵列天线的雷达成像技术研究[D].北京中国科学院电子学研究所，2010.[5]· LiDJ, HouYN, Hongff. TheSparseArrayApertureSynthesiswithSpaceConstrain[C]. 8thEuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar(EUSAR2010).Germany,2010 950-953.
发明内容
本发明的目的是公开一种毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，可实现对观测场景的侧视三维成像，系统以毫米波信号作为发射信号，提高交轨向分辨率，通过增大信号带宽，提高斜距离分辨率，解决交轨向阵列较短而产生的交轨分辨率较低和高程不确定性的问题。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其包括步骤步骤S1:对交轨向三个孔径孔径Al，孔径A2，孔径A3的空间位置进行优化；；步骤S2 :利用优化后交轨向三个孔径交轨向波束侧视时一发多收的回波信号，通过多相位中心孔径综合原理，在交轨向获得三个等效相位中心相位中心El,相位中心E2,相位中心E3 ；以三个等效相位中心作为最小的阵列结构来获得交轨向分辨率；步骤S3 :对步骤S2获得的三个等效相位中心相位中心E1，相位中心E2，相位中心E3各处的信号分别进行等效相位中心相位补偿，使回波信号相位与等效相位中心处自发自收时所获得的信号相位相同；根据系统收发的几何关系，对于等效相位中心En(η = 1，2，3)，所需补偿的相位为Δ% (η = 1,2,3)；步骤S4 :对步骤S3中获得的经过等效相位中心相位补偿的回波信号，采用三维波数域成像算法完成对观测场景的侧视三维成像。所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其所述步骤SI中对交轨向三个孔径空间位置进行优化，其采用的优化准则是选择孔径Al，孔径Α2，孔径A3的空间位置，使得当孔径Al发射，孔径Al，孔径Α2，孔径A3同时接收时，所获得的三个等效相位中心构成的最小稀疏阵列的天线方向图的峰值旁瓣比和积分旁瓣比最低，以满足成像的需求；由于孔径数量为三个，用穷举法的方法来获得最优化的布局。
所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其所述步骤S2中，由于交轨向三个等效相位中心所构成的稀疏阵列长度较短，使得交轨向分辨率较低；系统以毫米波信号作为发射信号，以提高交轨向的分辨率；当交轨向波束侧视时，交轨向分辨率和高程向分辨率会产生耦合，较低的交轨向分辨率部分会转化为高程向的不确定性。所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其所述步骤S4中，三维波数域成像算法的具体流程如下a)对经过相位补偿后的回波信号s (t，U，v)进行三维傅里叶变换，在三维波数域中得到S(kt, ku, kv) = Ft,u,v{s (t, u, v)}其中，F{ ·}表示对函数的傅里叶变换，kt表示快时间波数，ku表示顺轨向波数，kv表示交轨向波数；b)构造匹配滤波函数h (t，U，V)，对匹配滤波函数进行三维傅里叶变换，在三维波数域中得到H(kt, ku, kv) = Ft,u, v{h (t, u, v)}c)在三维波数域中完成匹配滤波Sm (kt, ku, kv) = S(kt, ku, kv)H*(kt, ku, kv)d)对匹配滤波后的信号作三维STOLT变换，将(kt，ku，kv)映射为(kx，ky，kz)
权利要求
1.一种毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其特征在于，包括步骤 步骤S1:对交轨向三个孔径孔径Al，孔径A2，孔径A3的空间位置进行优化； 步骤S2 :利用优化后交轨向三个孔径交轨向波束侧视时一发多收的回波信号，通过多相位中心孔径综合原理，在交轨向获得三个等效相位中心相位中心EI,相位中心E2,相位中心E3 ； 以三个等效相位中心作为最小的阵列结构来获得交轨向分辨率； 步骤S3 :对步骤S2获得的三个等效相位中心相位中心El，相位中心E2，相位中心E3各处的信号分别进行等效相位中心相位补偿，使回波信号相位与等效相位中心处自发自收时所获得的信号相位相同；根据系统收发的几何关系，对于等效相位中心En (η = 1,2,3),所需补偿的相位为ΔΡ (η = 1,2,3)； 步骤S4 :对步骤S3中获得的经过等效相位中心相位补偿的回波信号，采用三维波数域成像算法完成对观测场景的侧视三维成像。
2.根据权利要求1所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其特征 在于，所述步骤SI中对交轨向三个孔径空间位置进行优化，其采用的优化准则是选择孔径Al，孔径A2，孔径A3的空间位置，使得当孔径Al发射，孔径Al，孔径A2，孔径A3同时接收时，所获得的三个等效相位中心构成的最小稀疏阵列的天线方向图的峰值旁瓣比和积分旁瓣比最低，以满足成像的需求； 由于孔径数量为三个，用穷举法的方法来获得最优化的布局。
3.根据权利要求1所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其特征在于，所述步骤S2中，由于交轨向三个等效相位中心所构成的稀疏阵列长度较短，使得交轨向分辨率较低；系统以毫米波信号作为发射信号，以提高交轨向的分辨率;当交轨向波束侧视时，交轨向分辨率和高程向分辨率会产生耦合，较低的交轨向分辨率部分会转化为高程向的不确定性。
4.根据权利要求1所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其特征在于，所述步骤S4中，三维波数域成像算法的具体流程如下 a)对经过相位补偿后的回波信号s(t，u，v)进行三维傅里叶变换，在三维波数域中得到 S(kt, ku, kv) = Ft,u,v{s(t, u, V)} 其中，F{ · }表示对函数的傅里叶变换，kt表示快时间波数，ku表示顺轨向波数，<表示交轨向波数； b)构造匹配滤波函数h(t，U，V)，对匹配滤波函数进行三维傅里叶变换，在三维波数域中得到 H(kt, ku, kv) = Ft,u,v{h(t, u, V)} c)在三维波数域中完成匹配滤波 Sm (kt, ku, kv) = S(kt, ku, kv)H*(kt, ku, kv) d)对匹配滤波后的信号作三维STOLT变换，将(kt，ku，kv)映射为(kx，ky，kz)
5.根据权利要求1所述的毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，其特征在于，所述步骤S4中，侧视三维成像时，通过增大信号带宽，提高斜距离分辨率，解决交轨向阵列较短而产生的交轨分辨率较低和高程不确定性的问题。
全文摘要
本发明公开了一种毫米波交轨三孔径稀疏阵SAR系统的侧视三维成像法，涉及雷达成像和信号处理技术，利用机载毫米波交轨三孔径稀疏阵列干涉SAR系统来实现对观测场景的侧视三维成像。通过对交轨向三个孔径空间位置的优化，获得使等效相位中心天线方向图的峰值旁瓣比和积分旁瓣比最低的优化布局。由于交轨向等效阵列长度较短，交轨向分辨率较低，系统以毫米波信号作为发射信号，可提高交轨向分辨率；当交轨向波束侧视时，交轨向分辨率和高程向分辨率会产生耦合，交轨向较低的分辨率部分会转化为高程向的不确定性。对交轨向三个孔径交轨向波束侧视时一发三收的回波信号，利用三维波数域算法即可实现对观测场景的侧视三维成像。
文档编号G01S13/90GK103064083SQ20111032481
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者李道京, 滕秀敏, 潘舟浩, 刘波 申请人:中国科学院电子学研究所