一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種Staggered?SAR回波信號(hào)重建方法，利用共形傅立葉變換處理距離壓縮后的雷達(dá)信號(hào)，該方法充分考慮了Staggered?SAR的回波特點(diǎn)，能夠得到適用于雷達(dá)高質(zhì)量成像的均勻方位向頻譜。該方法獲取的頻譜可以準(zhǔn)確反映出數(shù)據(jù)丟失、非均勻采樣條件下方位向回波的頻譜特性，最后可以用于Staggered?SAR系統(tǒng)高質(zhì)量成像。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的方法能夠得到均勻的方位向頻譜，適合經(jīng)典頻域算法等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠獲得高質(zhì)量的成像結(jié)果。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于雷達(dá)
，尤其涉及高分辨寬條幅(High-Resolution Wide-Swath，簡(jiǎn)稱(chēng)：HRWS)合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR)的成像技術(shù)。
技術(shù)介紹
Staggered-SAR是一種新型雷達(dá)模式，用于高分辨寬條幅成像。Staggered-SAR與傳統(tǒng)SAR相比，在于捷變的脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repetition Frequency,簡(jiǎn)稱(chēng)PRF)，由于捷變PRF，Staggered-SAR系統(tǒng)能夠改善傳統(tǒng)SAR系統(tǒng)雷達(dá)回波中的盲區(qū)分布，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高分辨寬條幅成像。因此，Staggered-SAR系統(tǒng)可以應(yīng)用于全天時(shí)、全天候的星載SAR快速大范圍地圖測(cè)繪等領(lǐng)域，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家安全發(fā)揮重要的作用。德國(guó)宇航局(DLR)微波與雷達(dá)技術(shù)研究所于2012年對(duì)Staggered-SAR展開(kāi)了研究。Staggered-SAR系統(tǒng)完整回波頻譜是構(gòu)建頻域成像算法的必要前提和基礎(chǔ)。Staggered-SAR系統(tǒng)獲取的回波相比于傳統(tǒng)SAR的回波，改變了盲區(qū)分布，在PRF快速變化條件下，不會(huì)出現(xiàn)大段連續(xù)丟失情況，但依然存在盲區(qū)分布的現(xiàn)象，在實(shí)際成像處理的過(guò)程中這些盲區(qū)會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量，所以在成像處理之前，有必要對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。此外，由于Staggered-SAR采用捷變PRF技術(shù)，這樣產(chǎn)生的結(jié)果就是雷達(dá)回波中的方位向出現(xiàn)非均勻采樣，再利用傳統(tǒng)的頻域算法時(shí)，非均勻采樣同樣會(huì)影響成像質(zhì)量。因此，對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行重建并獲得回波頻譜是Staggered-SAR信號(hào)處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前已公開(kāi)發(fā)表的Staggered-SAR回波信號(hào)重建文獻(xiàn)中，有代表的方法有意大利Villano等學(xué)者采用的兩點(diǎn)線(xiàn)性插值、多通道重建、最佳線(xiàn)性插值等方法(見(jiàn)文獻(xiàn)1：Villano M,Krieger G,Moreira A.Staggered SAR:High-resolution wide-swath imaging by continuous PRI variation[J].Geoscience and Remote Sensing,IEEE Transactions on,2014,52(7):4462-4479.)。然而，這些方法在雷達(dá)回波的重建過(guò)程中出現(xiàn)了兩點(diǎn)線(xiàn)性插值結(jié)果不理想的情況，多通道重建適用條件窄，最佳線(xiàn)性插值計(jì)算量大等缺點(diǎn)，因此，提出一種新的重建方法至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)為克服上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，通過(guò)采用共形傅里葉變換處理距離壓縮后的雷達(dá)信號(hào)；得到適用于雷達(dá)高質(zhì)量成像的均勻方位向頻譜，可以準(zhǔn)確反映出數(shù)據(jù)丟失、非均勻采樣條件下方位向回波的頻譜特性。本專(zhuān)利技術(shù)采用的技術(shù)方案是：一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，包含如下步驟：S1、初始化Staggered-SAR成像系統(tǒng)參數(shù)，包括：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，記做λ；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度，記做Tp；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)帶寬，記做B；雷達(dá)系統(tǒng)平臺(tái)速度，記做Vs；雷達(dá)系統(tǒng)波束速度，記做Vg；雷達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率呈周期變化，每個(gè)周期內(nèi)為線(xiàn)性增長(zhǎng)或減小，其中最大脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmax；最小脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmin；一個(gè)脈沖重復(fù)頻率變化周期內(nèi)脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，記做M；Staggered-SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣，記做S，其中，S為Na行Nr列的矩陣，每列數(shù)據(jù)是方位向回波信號(hào)的采樣，每行的數(shù)據(jù)是逐個(gè)單脈沖距離向回波信號(hào)的采樣，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；S2、距離壓縮，根據(jù)步驟S1中的參數(shù)，利用傳統(tǒng)頻域距離壓縮方法對(duì)Staggered-SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣S進(jìn)行距離壓縮，得到數(shù)據(jù)矩陣Sr，其中Sr為Na行Nr列的矩陣；S3、計(jì)算數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind；其中，數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind維數(shù)為Ntarget行Na列，該矩陣中第k行第j列元素的值blind(k,j)為0或1，blind(k,j)的值由時(shí)延T(k,j)決定；T(k,j)為第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)接收第j個(gè)發(fā)射脈沖時(shí)的延時(shí)，k＝1,2…Ntarget，j＝1,2…Na，Ntarget為場(chǎng)景中目標(biāo)個(gè)數(shù)；S4、預(yù)處理距離壓縮數(shù)據(jù)，根據(jù)S3計(jì)算得到的丟失位置記錄矩陣blind，將矩陣Sr中對(duì)應(yīng)blind矩陣中值為0位置的各行數(shù)據(jù)去除，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣Sc；其中，Sc為Nc行Nr列矩陣，Nc為接收脈沖個(gè)數(shù)；S5、共形傅立葉變換，對(duì)S4得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)矩陣Sc，逐列進(jìn)行共形傅立葉變換，得到均勻的Na行Nr列的方位向頻譜矩陣Fcft；其中，共形傅立葉變換處理時(shí)的分段長(zhǎng)度為M-Mmiss+1，M為雷達(dá)系統(tǒng)一個(gè)周期脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，Mmiss為一個(gè)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，Mmiss利用blind矩陣，計(jì)算一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，得到Mmiss；S6、二維頻譜共軛補(bǔ)償，對(duì)S5得到的方位向頻譜矩陣Fcft的各行進(jìn)行快速傅立葉變換，得到Na行Nr列的二維頻譜矩陣Bcft，將二維頻譜矩陣Bcft與參考頻譜矩陣θ2df進(jìn)行共軛復(fù)乘，得到Na行Nr列的二維數(shù)據(jù)矩陣S2df，即再對(duì)S2df進(jìn)行二維快速傅立葉逆變換，得到成像結(jié)果；其中，為參考頻譜，Rmin為最短斜距，c為光速，Vr為平臺(tái)等效速度，fττ為距離向頻譜等分向量，fηη為方位向頻率等分向量；所述距離向頻率等分向量fττ具體通過(guò)將[-B,B)等分成Nr份得到，B為發(fā)射信號(hào)帶寬，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；所述方位向頻率等分向量fηη具體通過(guò)將等分成Na份得到，TSAR為合成孔徑時(shí)間，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)。進(jìn)一步地，步驟S3中所述時(shí)延T(k,j)計(jì)算式如下：T(k,j)＝(Rt(k,j)+Rr(k,j))/c；其中，Rt(k,j)表示發(fā)射第j個(gè)脈沖時(shí)平臺(tái)與第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距；Rr(k,j)表示接收第j個(gè)脈沖時(shí)平臺(tái)與第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距。更進(jìn)一步地，步驟S3所述blind(k,j)的值由時(shí)延T(k,j)決定，具體為：如果T(k,j)滿(mǎn)足條件|T(k,j)-trans(j)|<Tp，則blind(k,j)＝0，否則blind(k,j)＝1；其中，trans(j)＝Trans(j+ii)-Trans(j)表示第j個(gè)發(fā)射脈沖與第j+ii個(gè)發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔，ii的取值為自然數(shù)；Trans(j)為第j個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)刻；Tp為雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度。進(jìn)一步地，Rt(k,j)、Rr(k,j)和雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向與平臺(tái)發(fā)射第j個(gè)脈沖到第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)方向夾角αk,j之間滿(mǎn)足： cosα k , j = R t 2 ( k , j ) + ( V r 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Staggered?SAR回波信號(hào)重建方法，其特征在于，包括：S1、初始化Staggered?SAR成像系統(tǒng)參數(shù)，包括：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，記做λ；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度，記做Tp；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)帶寬，記做B；雷達(dá)系統(tǒng)平臺(tái)速度，記做Vs；雷達(dá)系統(tǒng)波束速度，記做Vg；雷達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率呈周期變化，每個(gè)周期內(nèi)為線(xiàn)性增長(zhǎng)或減小，其中最大脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmax；最小脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmin；一個(gè)脈沖重復(fù)頻率變化周期內(nèi)脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，記做M；Staggered?SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣，記做S，其中，S為Na行Nr列的矩陣，每列數(shù)據(jù)是方位向回波信號(hào)的采樣，每行的數(shù)據(jù)是逐個(gè)單脈沖距離向回波信號(hào)的采樣，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；S2、距離壓縮，根據(jù)步驟S1中的參數(shù)，利用傳統(tǒng)頻域距離壓縮方法對(duì)Staggered?SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣S進(jìn)行距離壓縮，得到數(shù)據(jù)矩陣Sr，其中Sr為Na行Nr列的矩陣；S3、計(jì)算數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind；其中，數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind維數(shù)為Ntarget行Na列，該矩陣中第k行第j列元素的值blind(k,j)為0或1，blind(k,j)的值由時(shí)延T(k,j)決定；T(k,j)為第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)接收第j個(gè)發(fā)射脈沖時(shí)的延時(shí)，k＝1,2…Ntarget，j＝1,2…Na，Ntarget為場(chǎng)景中目標(biāo)個(gè)數(shù)；S4、預(yù)處理距離壓縮數(shù)據(jù)，根據(jù)S3計(jì)算得到的丟失位置記錄矩陣blind，將矩陣Sr中對(duì)應(yīng)blind矩陣中值為0位置的各行數(shù)據(jù)去除，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣Sc；其中，Sc為Nc行Nr列矩陣，Nc為接收脈沖個(gè)數(shù)；S5、共形傅立葉變換，對(duì)S4得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)矩陣Sc，逐列進(jìn)行共形傅立葉變換，得到均勻的Na行Nr列的方位向頻譜矩陣Fcft；其中，共形傅立葉變換處理時(shí)的分段長(zhǎng)度為M?Mmiss+1，M為雷達(dá)系統(tǒng)一個(gè)周期脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，Mmiss為一個(gè)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，Mmiss利用blind矩陣，計(jì)算一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，得到Mmiss；S6、二維頻譜共軛補(bǔ)償，對(duì)S5得到的方位向頻譜矩陣Fcft的各行進(jìn)行快速傅立葉變換，得到Na行Nr列的二維頻譜矩陣Bcft，將二維頻譜矩陣Bcft與參考頻譜矩陣θ2df進(jìn)行共軛復(fù)乘，得到Na行Nr列的二維數(shù)據(jù)矩陣S2df，即再對(duì)S2df進(jìn)行二維快速傅立葉逆變換，得到成像結(jié)果；其中，為參考頻譜，Rmin為最短斜距，c為光速，Vr為平臺(tái)等效速度，fττ為距離向頻譜等分向量，fηη為方位向頻率等分向量；所述距離向頻率等分向量fττ具體通過(guò)將[?B,B)等分成Nr份得到，B為發(fā)射信號(hào)帶寬，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；所述方位向頻率等分向量fηη具體通過(guò)將等分成Na份得到，TSAR為合成孔徑時(shí)間，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，其特征在于，包括：S1、初始化Staggered-SAR成像系統(tǒng)參數(shù)，包括：雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，記做λ；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度，記做Tp；雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射信號(hào)帶寬，記做B；雷達(dá)系統(tǒng)平臺(tái)速度，記做Vs；雷達(dá)系統(tǒng)波束速度，記做Vg；雷達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率呈周期變化，每個(gè)周期內(nèi)為線(xiàn)性增長(zhǎng)或減小，其中最大脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmax；最小脈沖重復(fù)頻率，記做PRFmin；一個(gè)脈沖重復(fù)頻率變化周期內(nèi)脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，記做M；Staggered-SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣，記做S，其中，S為Na行Nr列的矩陣，每列數(shù)據(jù)是方位向回波信號(hào)的采樣，每行的數(shù)據(jù)是逐個(gè)單脈沖距離向回波信號(hào)的采樣，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；S2、距離壓縮，根據(jù)步驟S1中的參數(shù)，利用傳統(tǒng)頻域距離壓縮方法對(duì)Staggered-SAR原始回波數(shù)據(jù)矩陣S進(jìn)行距離壓縮，得到數(shù)據(jù)矩陣Sr，其中Sr為Na行Nr列的矩陣；S3、計(jì)算數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind；其中，數(shù)據(jù)丟失位置記錄矩陣blind維數(shù)為Ntarget行Na列，該矩陣中第k行第j列元素的值blind(k,j)為0或1，blind(k,j)的值由時(shí)延T(k,j)決定；T(k,j)為第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)接收第j個(gè)發(fā)射脈沖時(shí)的延時(shí)，k＝1,2…Ntarget，j＝1,2…Na，Ntarget為場(chǎng)景中目標(biāo)個(gè)數(shù)；S4、預(yù)處理距離壓縮數(shù)據(jù)，根據(jù)S3計(jì)算得到的丟失位置記錄矩陣blind，將矩陣Sr中對(duì)應(yīng)blind矩陣中值為0位置的各行數(shù)據(jù)去除，得到預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣Sc；其中，Sc為Nc行Nr列矩陣，Nc為接收脈沖個(gè)數(shù)；S5、共形傅立葉變換，對(duì)S4得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)矩陣Sc，逐列進(jìn)行共形傅立葉變換，得到均勻的Na行Nr列的方位向頻譜矩陣Fcft；其中，共形傅立葉變換處理時(shí)的分段長(zhǎng)度為M-Mmiss+1，M為雷達(dá)系統(tǒng)一個(gè)周期脈沖發(fā)射個(gè)數(shù)，Mmiss為一個(gè)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，Mmiss利用blind矩陣，計(jì)算一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)丟失的脈沖個(gè)數(shù)，得到Mmiss；S6、二維頻譜共軛補(bǔ)償，對(duì)S5得到的方位向頻譜矩陣Fcft的各行進(jìn)行快速傅立葉變換，得到Na行Nr列的二維頻譜矩陣Bcft，將二維頻譜矩陣Bcft與參考頻譜矩陣θ2df進(jìn)行共軛復(fù)乘，得到Na行Nr列的二維數(shù)據(jù)矩陣S2df，即再對(duì)S2df進(jìn)行二維快速傅立葉逆變換，得到成像結(jié)果；其中，為參考頻譜，Rmin為最短斜距，c為光速，Vr為平臺(tái)等效速度，fττ為距離向頻譜等分向量，fηη為方位向頻率等分向量；所述距離向頻率等分向量fττ具體通過(guò)將[-B,B)等分成Nr份得到，B為發(fā)射信號(hào)帶寬，Nr為距離向采樣點(diǎn)數(shù)；所述方位向頻率等分向量fηη具體通過(guò)將等分成Na份得到，TSAR為合成孔徑時(shí)間，Na為方位向采樣點(diǎn)數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，其特征在于，步驟S3中所述時(shí)延T(k,j)計(jì)算式如下：T(k,j)＝(Rt(k,j)+Rr(k,j))/c；其中，Rt(k,j)表示發(fā)射第j個(gè)脈沖時(shí)平臺(tái)與第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距；Rr(k,j)表示接收第j個(gè)脈沖時(shí)平臺(tái)與第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)之間的斜距。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，其特征在于，步驟S3所述blind(k,j)的值由時(shí)延T(k,j)決定，具體為：如果T(k,j)滿(mǎn)足條件|T(k,j)-trans(j)|<Tp，則blind(k,j)＝0，否則blind(k,j)＝1；其中，trans(j)＝Trans(j+ii)-Trans(j)表示第j個(gè)發(fā)射脈沖與第j+ii個(gè)發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔，ii的取值為自然數(shù)；Trans(j)為第j個(gè)脈沖發(fā)射時(shí)刻；Tp為雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射脈沖寬度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Staggered-SAR回波信號(hào)重建方法，其特征在于，Rt(k,j)、Rr(k,j)和雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向與平臺(tái)發(fā)射第j個(gè)脈沖到第k個(gè)點(diǎn)目標(biāo)方向夾角αk,j之間滿(mǎn)足： cosα k , j ...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉喆，鄒江波，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51