專(zhuān)利名稱：Sar雷達(dá)系統(tǒng)及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衍射受限的SAR景物，例如用于提供多個(gè)物體(例如包括地表面部分)的圖像的(合成孔徑雷達(dá))系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及基于衍射受限的SAR的方法。

背景技術(shù)：
SAR是一種能夠用于從飛機(jī)獲取圖像的信號(hào)處理方法，或更概括性地來(lái)講，是涉及承載其分辨率近似光學(xué)系統(tǒng)的分辨率的地面雷達(dá)設(shè)備的某種平臺(tái)。實(shí)際上，下降到約半個(gè)雷達(dá)波長(zhǎng)的分辨率是可能的。這種分辨率通過(guò)雷達(dá)在平臺(tái)或飛機(jī)路徑的長(zhǎng)度L的某個(gè)給定直線段內(nèi)持續(xù)對(duì)地面成像來(lái)實(shí)現(xiàn)。從平臺(tái)按距離R沿著圓弧測(cè)量的所獲得的角度(也稱為方位角)地面分辨率，將是 其中c是光速，以及Fmax、Fmin是雷達(dá)使用的頻帶的上下限。此公式由此可以解釋為可能的分辨率與成像過(guò)程期間發(fā)生的總視線角變化Δθ＝tan-1(L/2R)成反比。在大多數(shù)SAR系統(tǒng)中，與飛機(jī)路徑與成像的物體之間的距離R比，間距L較小，這意味著Δθ將會(huì)小。因此，只能獲得遠(yuǎn)大于平均頻率處的雷達(dá)波長(zhǎng)的地面分辨率。期望能夠提高分辨率，并因此就大得多的視線角變化進(jìn)行了嘗試。因?yàn)榇私嵌缺平?80°的極限，所以地面分辨率逼近其理論極限λ/π。衍射受限(DL)SAR成像意味著SAR成像達(dá)到波長(zhǎng)級(jí)(wavelengthorder)的地面分辨率。但是，逼近衍射分辨率極限涉及需要解決的多個(gè)信號(hào)處理問(wèn)題。
即使對(duì)于DL系統(tǒng)，L/λ大，一般仍不會(huì)增加雷達(dá)系統(tǒng)的天線的物理尺寸。對(duì)于所謂的帶狀地圖系統(tǒng)，它必須是與λ相同的延長(zhǎng)級(jí)的。這意味著對(duì)于DL SAR，每個(gè)單位勘測(cè)的地面區(qū)域的計(jì)算工作變得繁重。
通常，計(jì)算機(jī)高效處理方法基于雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的平面波近似，而大的L/R需要雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的球面波表示。這使得SAR處理任務(wù)更加困難得多。
必須對(duì)與直線飛機(jī)軌跡的小偏離進(jìn)行補(bǔ)償，這可以通過(guò)利用有關(guān)該偏離的信息的精確導(dǎo)航，并且就此已知的偏離對(duì)信號(hào)處理進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，可以通過(guò)實(shí)施所謂的自動(dòng)聚焦來(lái)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，在自動(dòng)聚焦中處理本身涉及消除因非直線飛機(jī)路徑所導(dǎo)致的成像誤差的任務(wù)。有多個(gè)高效的方法用于執(zhí)行對(duì)這兩種情況進(jìn)行補(bǔ)償，即利用已知的偏離的精確導(dǎo)航或使用自動(dòng)聚焦。但是，其缺點(diǎn)在于，這些方法僅能用于雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的平面波近似。
DL成像是在VHF SAR中實(shí)現(xiàn)的。在CARABASTM系統(tǒng)(是瑞典系統(tǒng))中，F(xiàn)max≈85MHz以及Fmin≈25MHz，而Δθ≈60°。這樣，地面分辨率將是2米數(shù)量級(jí)的。并不極端但也接近衍射極限的是X-帶(X-band)SAR系統(tǒng)，它達(dá)到0.1米的地面分辨率。
存在DL SAR處理方法，它可以用在已精確地知道SAR路徑(即平臺(tái)或飛機(jī)的路徑)時(shí)。為了使得系統(tǒng)實(shí)用而無(wú)需對(duì)導(dǎo)航有高要求以及使得系統(tǒng)太昂貴，應(yīng)該將這些方法推廣，以使它們也能夠在缺乏平臺(tái)路徑的有關(guān)信息或有關(guān)信息不太精確時(shí)應(yīng)用。
圖1中解釋了非DL運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)脑?。微波SAR中使用的非DL SAR成像基于如下假設(shè)雷達(dá)波在成像的區(qū)域上是近似平面的。然后運(yùn)動(dòng)誤差由于量程(range)轉(zhuǎn)換會(huì)影響SAR原始數(shù)據(jù)。因此可以僅通過(guò)如圖1所示的在原始數(shù)據(jù)中進(jìn)行量程調(diào)整(range adjustmen)來(lái)實(shí)現(xiàn)SAR聚焦，在圖1中，A、B指示理想的直線SAR路徑，而曲線CD指示實(shí)際的流經(jīng)路徑，假設(shè)掃過(guò)圖像上的雷達(dá)波前是近似平面的，在P點(diǎn)以及在某個(gè)量程(即沿著地面與雷達(dá)波前W1之間的交線)收集的實(shí)際數(shù)據(jù)將近似地與在Q處沿著直線路徑以另一個(gè)量程(即沿著地面與雷達(dá)波前W2之間的交線)收集的理想數(shù)據(jù)相同。因此，通過(guò)在數(shù)據(jù)中引入適合的量程偏移可以，可以將這些數(shù)據(jù)視為由正確的地面點(diǎn)產(chǎn)生，同時(shí)維持直線路徑的假設(shè)。
考慮DL SAR處理，執(zhí)行DL SAR處理的最顯見(jiàn)的方式是基于使用量程徙動(dòng)算法(range migration algorithm)RMA的使用，這種算法可以實(shí)施為通過(guò)FFT(快速傅立葉變換)在計(jì)算上快速實(shí)現(xiàn)。這與非DLSAR處理的基于傅立葉的近似方法類(lèi)似。
RMA認(rèn)識(shí)到雷達(dá)波將呈球面橫跨于成像的區(qū)域上。但是，RMA關(guān)鍵性地取決于如下原理，對(duì)于沿著直線移動(dòng)的平臺(tái)，可以將此球面波轉(zhuǎn)換成平面波展開(kāi)，該SAR處理以與非DL成像相似的方式設(shè)計(jì)。
如果將雷達(dá)波的球面特性納入考慮，則無(wú)法將軌跡偏離表示為量程徙動(dòng)，如圖2所示，其中使用與圖1中相同的引用數(shù)字。采用RMA的DL成像假設(shè)球面雷達(dá)波前呈圓形與(大致)平面的地面相交。SAR平臺(tái)也努力地遵循理想的直線路徑AB，而CD是流經(jīng)的實(shí)際路徑。因此，情況是在P處收集和某個(gè)量程(即沿著地面與雷達(dá)波前W1之間的交線)處的數(shù)據(jù)不再與沿著對(duì)應(yīng)于任何其他量程的直線、在任何點(diǎn)Q處收集的理想數(shù)據(jù)完全相同。轉(zhuǎn)換沿著實(shí)際路徑收集的數(shù)據(jù)以與直線路徑假設(shè)相適不再是無(wú)關(guān)緊要的。因此，以沿著直線軌跡捕獲的相等數(shù)據(jù)補(bǔ)償數(shù)據(jù)的可能性喪失，RMA方法將不可應(yīng)用。取代RMA，為了執(zhí)行DL SAR處理，可以使用所謂的全局反向投影GBP。這是一種計(jì)算機(jī)斷層掃描術(shù)中也使用的技術(shù)。但是，GBP的缺點(diǎn)在于它在計(jì)算上沒(méi)有效率。因此，要成像的區(qū)域必須很小。但是，GBP的優(yōu)點(diǎn)在于，它不涉及有關(guān)平臺(tái)路徑的直線性的任何假設(shè)。因此，如果平臺(tái)按已知但非直線的方式移動(dòng)，則GBP可以用于SAR處理。
但是，當(dāng)平臺(tái)路徑與直線偏離時(shí)，地面地形對(duì)于聚焦來(lái)說(shuō)也變得重要。這意味著在這種情況中，地面地形必須是已知的，但是如果與直線路徑的偏離小，則精確度無(wú)需非常高。
非DL SAR成像中由量程徙動(dòng)所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償無(wú)需SAR路徑的完整知識(shí)。但是，DL SAR聚焦需要SAR路徑的完整知識(shí)。因?yàn)長(zhǎng)/λ大，所以SAR路徑將涉及全部必須是已知帶有與波長(zhǎng)相關(guān)的精確度的多個(gè)自由度，這是非常復(fù)雜的且對(duì)設(shè)備、處理方式等提出了非常高的要求。
對(duì)于非DL SAR，并且因?yàn)長(zhǎng)/λ小，所以主要地面反射物將在原始數(shù)據(jù)中已經(jīng)是明白的，并且可以用于估算與直線軌跡平臺(tái)路徑的偏離所導(dǎo)致的量程徙動(dòng)。對(duì)于帶狀地圖DL成像，雷達(dá)系統(tǒng)的物理天線必須相對(duì)于λ(即以波長(zhǎng)為單位)來(lái)說(shuō)比非DL SAR成像的情況甚至更小。這種小天線不提供任何初始分辨率，這意味著除了很不常見(jiàn)類(lèi)型的地面(例如大的工業(yè)廠房)外，將沒(méi)有在DL成像中格外復(fù)雜的主要地面反射物出現(xiàn)在原始數(shù)據(jù)中。由于DL成像的上文論述的特征，顯然DL自動(dòng)聚焦是最復(fù)雜的問(wèn)題。
為了能夠更好地處理運(yùn)動(dòng)誤差，已經(jīng)開(kāi)發(fā)多種所謂的局部反向投影方法LBP。它們具有與GBP相同的、在DL SAR中將已知運(yùn)動(dòng)誤差納入考慮的能力。但是，它們?cè)跀?shù)字上有效得多，并且通過(guò)使用LBP，使得獲得對(duì)例如具有很大航空覆蓋的CARABAS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的處理成為可能。
一種此類(lèi)方法是，所謂的因子分解的快速反向投影(FactorizedFast Backprojection，F(xiàn)FB)，在“使用快速因子分解的反向投影進(jìn)行合成孔徑雷達(dá)處理”(Synthetic-Aperture Radar Processing using FastFactorised Back-Projection，IEEE Trans.Aerospace and ElectronicSystems，Vol.39，No.3，pp.760-776，2003 by Ulander，L.，Hellsten，H.and Stenstrom，G)中也有所描述。n基FFB SAR處理算法產(chǎn)生基于原始數(shù)據(jù)集的SAR圖像，該原始數(shù)據(jù)集由來(lái)自長(zhǎng)度L的平臺(tái)路徑線段上分布的nk個(gè)位置的雷達(dá)作用距離返回組成，其中n和k是整數(shù)。通常n＝2或n＝3，而k≈10。但是，出于誤差增加減緩的目的，還可以考慮n≈10且k≈8。FFB SAR圖像重構(gòu)以k次迭代進(jìn)行，從而每次迭代執(zhí)行子孔徑歸并(subaperture coalescing)，從而為前次迭代中定義的每n個(gè)相鄰子孔徑形成一個(gè)新的子孔徑。對(duì)于每個(gè)迭代級(jí)處的每個(gè)子孔徑，有相同地面部分的SAR圖像與之關(guān)聯(lián)?？梢曰谒鼈兊膸缀螖?shù)據(jù)以及它們相對(duì)于地面的定向?qū)w并子孔徑與關(guān)聯(lián)的地面圖像的線性組合關(guān)聯(lián)，新子孔徑據(jù)此變成與角分辨率提高了系數(shù)n的單個(gè)新SAR圖像關(guān)聯(lián)。第一次迭代的子孔徑定義為具有等于nk個(gè)數(shù)據(jù)位置之間的間隔的長(zhǎng)度。此間隔一般是雷達(dá)系統(tǒng)的真實(shí)孔徑的某個(gè)分?jǐn)?shù)。第一次迭代的關(guān)聯(lián)的SAR圖像僅為nk個(gè)量程返回，每個(gè)圖像僅具有雷達(dá)系統(tǒng)的真實(shí)孔徑的角分辨率。
FFB的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)榻欠直媛孰S著每次迭代呈指數(shù)級(jí)地增加，所以初始迭代時(shí)的圖像表示允許不精確級(jí)別的離散化，以便節(jié)省計(jì)算工作量。僅最后一次迭代才需要最終SAR圖像的完整離散化。實(shí)際上，對(duì)于N×N點(diǎn)SAR圖像，其中有N＝nk個(gè)沿著SAR路徑的數(shù)據(jù)位置，F(xiàn)FB計(jì)算工作量約為N2xnlogN。這意味著計(jì)算工作量與RMA以及非DL SAR的基于傅立葉的方法的計(jì)算工作量相當(dāng)，需要約為N2x2logN的處理工作量。


發(fā)明內(nèi)容
因此所需要的是一種可用于獲取地面部分或相似的圖像的雷達(dá)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，需要一種小、便宜且結(jié)構(gòu)緊湊的雷達(dá)系統(tǒng)。還需要一種雷達(dá)系統(tǒng)，它簡(jiǎn)單且能夠容易地插入平臺(tái)、飛機(jī)等中。
具體來(lái)說(shuō)，需要一種雷達(dá)系統(tǒng)，它支持有效且容錯(cuò)的處理，據(jù)此可以消除因非線性平臺(tái)路徑所致的成像誤差。甚至更具體來(lái)說(shuō)，需要一種雷達(dá)系統(tǒng)，可以將其與簡(jiǎn)單的導(dǎo)航設(shè)備一起使用或甚至無(wú)需依賴于任何特定的導(dǎo)航設(shè)備來(lái)使用該雷達(dá)系統(tǒng)。
具體來(lái)說(shuō)，需要一種雷達(dá)系統(tǒng)和方法，分別用于有效地從包括雷達(dá)設(shè)備的可移動(dòng)平臺(tái)提供具有最優(yōu)分辨率的圖像，該最優(yōu)分辨率相對(duì)于地表面部分的給定長(zhǎng)度是最優(yōu)的，通過(guò)該雷達(dá)系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)上述目的的其中一個(gè)或多個(gè)目的。簡(jiǎn)言之，分別需要一種系統(tǒng)和方法，能夠?qū)崿F(xiàn)DL SAR自動(dòng)聚焦。
因此，本發(fā)明提供具有權(quán)利要求1的特征的雷達(dá)系統(tǒng)。具體提出一種雷達(dá)系統(tǒng)，它包括可沿著平臺(tái)路徑移動(dòng)的平臺(tái)，其相對(duì)于例如地表面部分的多個(gè)物體，其中所述平臺(tái)適于支撐或承載雷達(dá)設(shè)備，所述雷達(dá)設(shè)備包括至少一個(gè)天線并適于實(shí)現(xiàn)用于再現(xiàn)物體的衍射受限的合成孔徑雷達(dá)技術(shù)。它還包括記錄部件和SAR處理部件，所述記錄部件用于收集和記錄所述平臺(tái)沿著平臺(tái)路徑移動(dòng)期間收集的距離數(shù)據(jù)或已知距離數(shù)據(jù)以及雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，所述SAR處理部件用于處理所收集的(或已知)數(shù)據(jù)和雷達(dá)原始數(shù)據(jù)。所附的子權(quán)項(xiàng)提供具有優(yōu)點(diǎn)的或優(yōu)選實(shí)施例。
具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，處理部件適于提供雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的球面波表示，并且還適于形成沿著相關(guān)于線性子孔徑的非線性平臺(tái)路徑的SAR圖像(雷達(dá)振幅)的序列，采用空間中飛機(jī)路徑點(diǎn)之間的空間向量的形式。該處理部件還適于提供作為對(duì)應(yīng)向量之間的向量相加的相鄰子孔徑合并(merge)，其中使用關(guān)聯(lián)到公共地面區(qū)域部分的相鄰子孔徑的SAR圖像來(lái)以提高的分辨率構(gòu)造相同區(qū)域上的新SAR圖像，且該新SAR圖像關(guān)聯(lián)到與歸并的子孔徑對(duì)應(yīng)的向量之和的子孔徑。該處理部件還包括用于執(zhí)行自動(dòng)聚焦操作的部件，其中所述自動(dòng)聚焦處理部件適于比較與要相加的子孔徑向量相關(guān)的SAR圖像，以便找出這些子孔徑向量之間的相對(duì)定向，并因此定義用于構(gòu)造這些子孔徑的向量之和的SAR圖像的參數(shù)。
具體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)聚焦處理部件適于成對(duì)地合并SAR圖像?；蛘?，自動(dòng)聚焦處理部件適于三個(gè)一組或四個(gè)或以上一組地合并SAR雷達(dá)圖像。
具體來(lái)說(shuō)，提供地形信息提供部件以收集或估算有關(guān)要成像或表示的地面部分的地形的信息。所要求的地面地形信息的精確度取決于飛機(jī)路徑的非線性的程度。實(shí)踐中，在許多應(yīng)用中，地形是理想地平坦的假設(shè)將足夠精確。在一個(gè)實(shí)施例中，地面地形信息通過(guò)一個(gè)函數(shù)給出，該函數(shù)描述方位角與地面地形對(duì)極坐標(biāo)中各個(gè)時(shí)間點(diǎn)處各個(gè)位移向量至地面的距離以及相對(duì)于各個(gè)位移向量的方向的極角的相關(guān)性。
具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)匦涡畔⑹遣幌嚓P(guān)的時(shí)，利用子孔徑構(gòu)造新SAR圖像且其子孔徑是作為貢獻(xiàn)(contribution)SAR圖像的子孔徑的向量之和，將僅與這些向量之間的相對(duì)定向相關(guān)而與它們?cè)诘孛嫔系慕^對(duì)位置無(wú)關(guān)。例如，如果SAR圖像是通過(guò)將子孔徑向量成對(duì)相加來(lái)構(gòu)造的且這些向量幾乎是平行的，則僅向量的長(zhǎng)度和向量之間的角度是重要的。例如，如果向量之間的角度大(例如沿著SAR路徑的某個(gè)突然的平臺(tái)操縱(maneuver))，將存在與地面地形的某種相關(guān)性，其形式為與兩個(gè)歸并的子孔徑的平面和地面平面的角度的某種相關(guān)性。具體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)聚焦處理部件適于通過(guò)以迭代方式每次改變影響歸并的SAR圖像的構(gòu)造的至少一個(gè)參數(shù)來(lái)成對(duì)地比較SAR雷達(dá)圖像，并因此找出描述合并子孔徑之間的相對(duì)定向的參數(shù)選擇，這提供要線性地組合成一個(gè)新圖像的兩個(gè)SAR圖像之間的最佳匹配。
具體來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，要?dú)w并的SAR圖像的匹配通過(guò)要?dú)w并的公共區(qū)域上的圖像強(qiáng)度(取平方的幅度)的相乘和積分來(lái)獲得的相關(guān)值進(jìn)行測(cè)量。SAR圖像振幅本身之間的相關(guān)性不常是有用的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)類(lèi)型SAR景象中富含斑點(diǎn)。
在備選實(shí)施例中，自動(dòng)聚焦處理部件適于通過(guò)將SAR圖像分成子圖像并將圖像內(nèi)的子圖像相關(guān)聯(lián)以計(jì)算包括極坐標(biāo)中兩個(gè)相鄰點(diǎn)Xi，Xi+1之間的角度β(Yi/2)的至少一個(gè)參數(shù)從而獲取相關(guān)性最大值。
當(dāng)子孔徑的長(zhǎng)度小，即在歸并鏈的早期階段時(shí)，關(guān)聯(lián)到某個(gè)長(zhǎng)度的子孔徑的SAR圖像的分辨率單元的數(shù)量將會(huì)小。同樣，因?yàn)樵谠缙陔A段，所以每個(gè)分辨率單元貢獻(xiàn)是非常多地面散射體上的平均值，預(yù)期SAR圖像對(duì)比度也會(huì)低。因此要在歸并參數(shù)的變化下歸并的SAR圖像之間的匹配的最優(yōu)情況將不是非常清楚(sharp)。當(dāng)歸并繼續(xù)到大子孔徑的級(jí)別時(shí)，精確度將會(huì)高且匹配將會(huì)準(zhǔn)確。其結(jié)果是，F(xiàn)FB鏈中所需的角精確度與孔徑的長(zhǎng)度成反比，因此它匹配在描述的自動(dòng)聚焦方法中所達(dá)到的精確度。換言之，歸并鏈中將無(wú)需“返回”并重新調(diào)整已經(jīng)過(guò)的迭代階段中的較短子孔徑向量的相對(duì)定向，因?yàn)檫@種精密調(diào)整將不涉及這些先前的迭代階段對(duì)其來(lái)說(shuō)重要的粗略級(jí)別分辨率。
雷達(dá)系統(tǒng)可以使用不同類(lèi)型的波。在一些實(shí)施例中，它適于使用微波來(lái)用于雷達(dá)測(cè)量。在有利的備選實(shí)施例中，它適于使用具有例如約3-15米波長(zhǎng)的無(wú)線電波。
迄今為止，以簡(jiǎn)單且有成本效率的方式使用無(wú)線電波提供具有良好分辨率的圖像尚不可能，因?yàn)樽涌讖降暮喜⑿枰褂门c地面相對(duì)固定的坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，能夠做到這一點(diǎn)，因?yàn)槟軌驅(qū)⒆鴺?biāo)轉(zhuǎn)換成相對(duì)于地面不固定而是相對(duì)于平臺(tái)固定的坐標(biāo)系，這意味著能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)聚焦。因此提供了對(duì)應(yīng)的方法，它具有權(quán)利要求13所述的特征。



下文中將進(jìn)一步以非限制形式并參考附圖描述本發(fā)明，其中 圖1非常示意性地分別圖示假設(shè)平面波前的SAR平臺(tái)的理想和真實(shí)實(shí)際路徑， 圖2非常示意性地分別圖示假設(shè)球面波前的SAR平臺(tái)的理想和真實(shí)實(shí)際路徑， 圖3以示意形式圖示將兩個(gè)子孔徑合并成新子孔徑。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的雷達(dá)系統(tǒng)的非常示意性的框圖， 圖5是在數(shù)學(xué)方面描述以迭代方式合并子孔徑對(duì)的過(guò)程的詳細(xì)流程圖，以及 圖6是在數(shù)學(xué)方面描述當(dāng)未知平臺(tái)的路徑時(shí)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)聚焦過(guò)程的詳細(xì)流程圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明分別提供一種雷達(dá)系統(tǒng)和方法，其中以如下方式使用FFB算法實(shí)現(xiàn)DL SAR處理部件處理無(wú)需假設(shè)任何特殊的顯著地面特征將出現(xiàn)在原始數(shù)據(jù)中，即便這樣利于確定平臺(tái)路徑并因此利于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。這是非常有優(yōu)勢(shì)的。而且，平臺(tái)路徑與大量參數(shù)相關(guān)，這暗示需要相當(dāng)?shù)挠?jì)算便利且需要系統(tǒng)中足夠快速的復(fù)雜設(shè)備的運(yùn)動(dòng)確定參數(shù)的大的集合。
首先，以某種程度上更普遍性的方式描述本發(fā)明的概念，可以說(shuō)它由三個(gè)主要部分構(gòu)成。第一，假設(shè)Pi是空間中的點(diǎn)集合，并且Pi→Pi+1是一組具有共有長(zhǎng)度L且對(duì)相同地面區(qū)域Ω成像的相鄰子孔徑?？紤]以屬于成像地面區(qū)域Ω的點(diǎn)Q為中心的分辨率單元AL的圖像振幅(這里表示為

)。從孔徑A→B(參考圖1，2)獲得的分辨率單元大小將產(chǎn)生在A→B上約為常量但是在較大距離上會(huì)變化(因?yàn)榉直媛蕟卧姆瓷浞至恐g的相干性)的雷達(dá)反向散射振幅。實(shí)際上，圖像振幅可以表示為積 其中對(duì)于每個(gè)子孔徑Pi→Pi+1和系統(tǒng)分量，分量

隨機(jī)地波動(dòng)(具有0的均值和1的方差(variance))，其中f(Q)提供

的振蕩特性的振幅界限。f(Q)的值是地面在分辨率單元中的特性。
考慮Ω的分辨率單元Ω/AL的集合上定義的任何隨機(jī)函數(shù)x(Q)的均值，假設(shè)有NL個(gè)這樣的單元，作為近似計(jì)算均值是可能的，該均值將是 考慮Ω的兩個(gè)獨(dú)立SAR圖像

和

，并計(jì)算均值表達(dá)式， 1 2 對(duì)于1，得到 以及對(duì)于2，得到 如果可以假設(shè)<f(Q)2>＝<g(Q)2>，則 來(lái)自兩個(gè)孔徑的這兩個(gè)SAR圖像

和

在有關(guān)兩個(gè)孔徑相對(duì)于地面的定位沒(méi)有達(dá)成一致時(shí)獨(dú)立的出現(xiàn)。由于這種不一致，子孔徑的其中之一或二者將歸因于至任何特定地面點(diǎn)P的錯(cuò)誤反射率f(Q)或g(Q)。這些值的至少其中之一源自另一個(gè)地面點(diǎn)Q′，向量Q→Q′對(duì)應(yīng)于該定位錯(cuò)誤。
最后的公式(3)根據(jù)本發(fā)明提供用于將SAR圖像聚焦的關(guān)鍵工具，如果平臺(tái)路徑是未知的話，該工具則是必不可少的。它具體結(jié)合下文將描述的FFB方法來(lái)使用。確切地來(lái)說(shuō)，這說(shuō)明，比較子孔徑圖像，可以通過(guò)優(yōu)化過(guò)程將子孔徑對(duì)齊，其中對(duì)于成對(duì)的相鄰子孔徑，對(duì)如下表達(dá)式求值 當(dāng)兩個(gè)子孔徑對(duì)齊，以使對(duì)應(yīng)的反射率歸因于一個(gè)地面點(diǎn)時(shí)，該表達(dá)式將為最大值，給定NL和方差

的絕對(duì)值充分地大，因此這與路徑是未知時(shí)的特定情況相關(guān)，并描述作為本發(fā)明的一個(gè)特征的自動(dòng)聚焦過(guò)程，通過(guò)本發(fā)明的基本或基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)使之成為可能，即實(shí)現(xiàn)FFB處理的特定方式。
為了變得有效，可以將所制定的最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)與根據(jù)本發(fā)明的FFB處理方法一起使用。給定的標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)相鄰子孔徑來(lái)獲取兩個(gè)SAR圖像。該標(biāo)準(zhǔn)允許這些子孔徑能夠彼此正確地定位，并且如果為FFB算法選取基2(n＝2)，則它將通過(guò)成對(duì)地合并子孔徑SAR圖像來(lái)完整地重構(gòu)SAR圖像。因此基2FFB算法將允許無(wú)論何時(shí)只要在重構(gòu)方案中請(qǐng)求它們的位置的知識(shí)，即當(dāng)平臺(tái)路徑未知時(shí)，子孔徑位置能夠通過(guò)上文(3)制定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整，其中假設(shè)<f(Q)2>＝〈g(Q)2〉。
返回到本發(fā)明的基本部分，并且考慮本發(fā)明的第二基本部分，這里假設(shè)平臺(tái)路徑是已知的，F(xiàn)FB處理可以依賴于SAR圖像與地面位置之間的固定關(guān)系。但是對(duì)于自動(dòng)聚焦來(lái)說(shuō)，在繼續(xù)FFB處理時(shí)，不可能假設(shè)任何中間子孔徑圖像具有相對(duì)于地面點(diǎn)的某個(gè)特定位置，因?yàn)樵谶B續(xù)的子孔徑合并階段中，任何此類(lèi)子孔徑及其關(guān)聯(lián)的SAR圖像將會(huì)相對(duì)于地面有所偏移。
如果路徑是未知的，則存在SAR圖像與地面地形相關(guān)的復(fù)雜情況。因此，需要有子孔徑與地面位置之間的某種關(guān)聯(lián)性。對(duì)于幾乎直線路徑，即當(dāng)旨在直線航程上飛行時(shí)，相關(guān)性弱且關(guān)聯(lián)性因此僅是近似的。這意味著，對(duì)于任何子孔徑SAR圖像對(duì)，無(wú)需確切地知道對(duì)應(yīng)的地面位置?？梢酝ㄟ^(guò)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)(3)來(lái)匹配它們，但是甚至在匹配之后，仍不應(yīng)或無(wú)需對(duì)地面位置進(jìn)行確切假設(shè)，這是具有優(yōu)勢(shì)的。
圖3示出子孔徑對(duì)A→B和B→→C的內(nèi)蘊(yùn)SAR圖像坐標(biāo)。通過(guò)合并得到的新子孔徑是A→C，SAR圖像坐標(biāo)是由在A→C的中點(diǎn)處由合并原點(diǎn)定義的坐標(biāo)，A→C是測(cè)量指向任意地面點(diǎn)的向量R的極角Θ的極軸而相對(duì)于三角平面A→B→C測(cè)量極方位角Ψ。
參考圖3，fA→C(R，Θ)是合并的SAR圖像，以及f(0)A→B(R，Θ)、f(0)B→C(R，Θ)分別是相對(duì)于A→B和B→C的SAR圖像。所有三個(gè)SAR圖像以具有相對(duì)于A→C的方向測(cè)量的極角Θ和相對(duì)于A→C的中點(diǎn)的距離R的極坐標(biāo)表示。而且，fA→B(R，Θ)和fB→C(R，Θ)表示具有分別相對(duì)于A→B和B→C的方向測(cè)量的極角Θ以及分別相對(duì)于A→B和B→C的中點(diǎn)的距離R的SAR圖像。
地面地形對(duì)于SAR聚焦是重要的，除非A→B和B→C是平行的或如果路徑是已知的。在第一種情況中，地面地形暗示函數(shù)關(guān)系Ψ＝Ψ(R，Θ)，而方位角Ψ是相對(duì)于包含(非退化(non-degenerate))三角A→B→C的平面來(lái)測(cè)量的。如果A→B和B→C是平行的或如果不是，假設(shè)Ψ＝Ψ(R，Θ)，則A→B和B→→C的極坐標(biāo)和A→C的極坐標(biāo)之間存在顯示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通過(guò)這些轉(zhuǎn)換，進(jìn)行如下計(jì)算是可能的 f(0)A→B(R，Θ)＝fA→→B{RA→B[R，Θ，Ψ(R，Θ)]，ΘA→B[R，Θ，Ψ(R，Θ)]} f(0)B→C(R，Θ)＝fB→C{RB→C[R，Θ，Ψ(R，Θ)]，ΘB→C[R，Θ，Ψ(R，Θ)]} 據(jù)此，可以根據(jù)如下公式計(jì)算合并的子孔徑SAR圖像 fA→C(R，Θ)＝f(0)A→B(R，Θ)+f(0)B→C(R，Θ) 總的來(lái)說(shuō)，給定三角A→B→C的形狀，例如分別為|AB|和|BC的長(zhǎng)度和B處的角度，以及至某個(gè)近似度(假設(shè)A→B→C接近退化，即B小)，給定其相對(duì)于地面的定向，可以計(jì)算合并的SAR圖像。無(wú)需對(duì)A、B、C相對(duì)于地面的位置的精確假設(shè)。為了找出A→B→C的形狀，形成如下表達(dá)式 (5)相對(duì)于A→B→C形狀的變化的最優(yōu)值提供兩個(gè)子孔徑的正確定向以用于它們的合并。
對(duì)子孔徑對(duì)的相互定向進(jìn)行最優(yōu)化，并將它們的子孔徑合并成新子孔徑，對(duì)所有子孔徑長(zhǎng)度執(zhí)行此過(guò)程，從原始數(shù)據(jù)級(jí)處理到完整圖像，從而形成完整的自動(dòng)聚焦鏈。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，當(dāng)長(zhǎng)度L小時(shí)，即在自動(dòng)聚焦的早期階段時(shí)，關(guān)聯(lián)到長(zhǎng)度L的子孔徑的圖像的分辨率單元的數(shù)量NL將會(huì)小。同樣，因?yàn)樵谠缙陔A段，所以每個(gè)分辨率單元貢獻(xiàn)是非常多地面散射體上的平均值，預(yù)期

的絕對(duì)值也會(huì)低。當(dāng)L小時(shí)，上文提到的和的最優(yōu)值將不明顯，但是其結(jié)果是FFB鏈中所需的角精確度與長(zhǎng)度L成反比。因此情況是，當(dāng)L小時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)計(jì)可用于作出有關(guān)三角形A→B→C的形狀的精確假設(shè)。另一方面，無(wú)需精確假設(shè)，因?yàn)镾AR圖像fA→B(R，Θ)的分辨率低。當(dāng)稍后在自動(dòng)聚焦鏈中L變大時(shí)，SAR圖像的較高分辨率能使合并過(guò)程中的精確度提高，這也將是合并的SAR圖像保持充分聚焦所必需的。無(wú)需在迭代鏈中“返回”，并重新調(diào)整已經(jīng)過(guò)的迭代階段的三角A→B→C的形狀，因?yàn)檫@種精密調(diào)整將不涉及先前迭代階段對(duì)其來(lái)說(shuō)重要的粗略級(jí)別分辨率。這種自動(dòng)聚焦方案的特性說(shuō)明它將在數(shù)字上是便利的。
圖4非常示意性地圖示具有雷達(dá)設(shè)備1的平臺(tái)10的框圖，雷達(dá)設(shè)備1包括天線2。雷達(dá)設(shè)備還包括處理部件3，處理部件3可以包括自動(dòng)聚焦處理部件4或與自動(dòng)聚焦處理部件4通信。以示意方式圖示的還有，任意類(lèi)型的導(dǎo)航系統(tǒng)5，例如GPS(全球定位系統(tǒng))，用于制作地面部分20的圖像。
在一般特點(diǎn)中，本發(fā)明涉及僅涉及合并的子孔徑對(duì)的內(nèi)蘊(yùn)坐標(biāo)的FFB處理的特定公式化的供應(yīng)(provisioning)，其對(duì)SAR路徑或平臺(tái)路徑是已知的以及是未知的情況均可應(yīng)用。通過(guò)此基本解決方案，使得提供針對(duì)平臺(tái)路徑是未知時(shí)的問(wèn)題的解決方案成為可能。這將參考流程圖5和6來(lái)進(jìn)行解釋。
因此，參考圖5，頂部的方波脈沖串(時(shí)間)圖示時(shí)鐘激勵(lì)，它提供對(duì)數(shù)據(jù)的時(shí)間指定和地理位置測(cè)量。地理位置測(cè)量在雷達(dá)數(shù)據(jù)之間纏結(jié)(intertwine)或反之亦然，由此可以假設(shè)每個(gè)雷達(dá)數(shù)據(jù)定位在由定位或?qū)Ш较到y(tǒng)101A提供的兩個(gè)已知平臺(tái)位置之間的中點(diǎn)處。假定P0，P1，...，

是空間中的點(diǎn)集合，102，并且假定Xi＝Pi→Pi+1是包括對(duì)相同地面區(qū)域成像的共有長(zhǎng)度L的相鄰子孔徑的向量，即各個(gè)Pi之間的向量。因此，考慮SAR圖像重構(gòu)的N+1個(gè)階段的迭代過(guò)程中每次迭代階段l，l＝0，1，...，N，假定給定了源于線性孔徑的一組kN-l(k＝2，3，....)個(gè)SAR圖像

這些線性孔徑形成三維空間中的點(diǎn)Pi之間的向量的連接鏈Xi＝PiPi+1；i＝0，1，...，kN-l。通過(guò)某個(gè)距離誤差界限給出點(diǎn)Pi；Pi+1；Pi+2；...等的定位精確度。而且，在某個(gè)給定的界限內(nèi)，認(rèn)為向量Xi是相等長(zhǎng)度的并且沿著直線延伸(meander)。認(rèn)為纏結(jié)的SAR雷達(dá)圖像fxi覆蓋相同的地面區(qū)域Ω，102B。
假設(shè)SAR圖像由將每個(gè)SAR圖像表示為函數(shù)

的相同算法推導(dǎo)出，其中而R是Ω中的任何地面點(diǎn)與Xi的中點(diǎn)Qi＝Pi+Xi/2之間的徑向向量；

是相對(duì)于Xi的方向的極角cos-1(Xi·R/|Xi|R|)。角分辨率是λ/Xi|。認(rèn)為坐標(biāo)網(wǎng)格(mesh)角精細(xì)度為此值的某個(gè)固定分?jǐn)?shù)103、104、105。
如上文論述的，假設(shè)并暗示地面地形的知識(shí)，即對(duì)于每個(gè)SAR圖像

關(guān)聯(lián)有函數(shù)該函數(shù)描述某個(gè)給定精確度下，地面地形對(duì)

和

的方位角相關(guān)性；單位向量n是在Xi的正交補(bǔ)集中任意選擇的，105A。
然后，定義向量Yi/k＝Xi+Xi+1+...+Xi+k；i＝0，k，...，kN-l-1。注意在給定的界限內(nèi)，所有向量Yj是相等長(zhǎng)度的并且沿著直線延伸。形成參考步驟103的、按上文論述的相同固定慣例的、相對(duì)于Yj的SAR圖像極坐標(biāo)RYj和ΘYj和具有按λ/|Yj|的固定分?jǐn)?shù)給定的角精細(xì)度提高k倍的SAR圖像坐標(biāo)網(wǎng)格。
然后，執(zhí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，

和

(這里

表示舍入到最接近的較小整數(shù)值)。表示根據(jù)步驟103獲取且屬于作為坐標(biāo)系和它們的和向量

的坐標(biāo)網(wǎng)格中的k個(gè)SAR圖像

的向量Xi，Xi+1，...，Xi+k，的k個(gè)SAR圖像，108。
然后將每個(gè)組中的k個(gè)SAR圖像

相加，由此角分辨率提高k倍到約λ/|Yj|而獲得kN-1個(gè)SAR圖像

i＝1，2，...，kN-l-1。
當(dāng)獲得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

和

時(shí)，對(duì)于kN-l-1個(gè)孔徑Y(jié)i滿足上文參考步驟101A-103的條件，并且可以重復(fù)構(gòu)造步驟以獲得對(duì)應(yīng)于迭代l+2的kN-l-2個(gè)孔徑Zi/k＝Y(jié)i+Yi+1+...+Yi+k；i＝k，2k，...，kN-l-2。
從l＝1到l＝N構(gòu)造迭代，僅給出具有從第一SAR孔徑位置P1伸展至最后SAR孔徑位置

的孔徑的一個(gè)SAR圖像，且其分辨率由孔徑

的長(zhǎng)度確定。該過(guò)程的此部分是通用的，并可應(yīng)用于SAR或平臺(tái)路徑已知和未知的情況。
參考圖6的流程圖，現(xiàn)在在SAR路徑未知時(shí)將考慮此過(guò)程。因此，考慮SAR圖像重構(gòu)的迭代過(guò)程中的迭代階段l。
因此，參考修改的步驟104。
假設(shè)有源于線性孔徑的一組2N-l個(gè)SAR圖像

形成連接的向量鏈Xi＝PiPi+1；i＝0，1，...，2N-l，參考圖5中的201A、201B。但是，這里假定Pj；Pj+1；Pj+2；...的定位是未知的或以不足的精確度來(lái)提供的。
假設(shè)SAR圖像覆蓋相同地面區(qū)域Ω，但是僅近似地知道Ω的定位，而以足夠低精確度獲知地面地形是足夠的。假設(shè)Ω不大于可假設(shè)它是平面的情況。這不是限制，因?yàn)閷?duì)于波狀地面，當(dāng)前重構(gòu)鏈將局部地應(yīng)用于地面的任何小且因此近似平面的區(qū)域。假設(shè)如上文論述的，向量Xi具有相等的已知長(zhǎng)度的并且沿著直線延伸。同樣如上文論述的，假設(shè)SAR圖像是由將每個(gè)SAR圖像表達(dá)為函數(shù)

的相同算法推導(dǎo)的。這里R是Ω中的任何地面點(diǎn)與Xi的中點(diǎn)Qi＝Pi+Xi/2之間的徑向向量；

是相對(duì)于Xi的方向的極角cos-1(Xi·R/|Xi|R|)。角分辨率是λ/|Xi|。假設(shè)坐標(biāo)網(wǎng)格角精細(xì)度為此值的某個(gè)固定分?jǐn)?shù)。地面地形的知識(shí)暗示對(duì)于每個(gè)SAR圖像

關(guān)聯(lián)有已知的函數(shù)該函數(shù)描述某個(gè)給定精確度下，地面地形與

和

的方位角相關(guān)性。
現(xiàn)在將描述迭代l+1的構(gòu)造步驟，(考慮k＝2)；定義向量Yi/2＝Xi+Xi+1；i＝0，2，...，2N-l-1，同樣在給定的界限內(nèi)，這些向量是相等長(zhǎng)度的并且沿著直線延伸。如上文論述的，參考步驟106，如上所述定義SAR圖像極坐標(biāo)


并以λ/|Yi|的固定分?jǐn)?shù)給定的、提高2倍的角精細(xì)度形成SAR圖像坐標(biāo)網(wǎng)格。
在下文中，將描述針對(duì)未知平臺(tái)路徑的情況下的特殊情形。
坐標(biāo)

或

中給定的任何三維點(diǎn)可以達(dá)到某個(gè)容限，并且基于一個(gè)單一參數(shù)的假設(shè)，可以由坐標(biāo)

通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

和

來(lái)重新表示。實(shí)際上，即使Xi，Xi+1的定向是未知的，仍可以進(jìn)行如下的觀察 以某個(gè)精確度給出各個(gè)向量|Xi|的長(zhǎng)度，并假定在給定的界限內(nèi)，這些向量是相等長(zhǎng)度的并且沿著直線延伸。其次，因?yàn)榈孛娴匦蜗鄬?duì)于Xi和Xi+1的定向由地面地形函數(shù)

和

給出，所以根據(jù)上文有關(guān)圖像的說(shuō)明，假設(shè)它由將每個(gè)圖像表達(dá)為函數(shù)

的算法推導(dǎo)出，Xi和Xi+1相對(duì)于地面平面的角度

和

是已知的。
但是，如果地面在

的精確度內(nèi)是平坦的，則有關(guān)

和

的知識(shí)的此限制使得Xi和Xi+1之間的角度仍未確定。
給定長(zhǎng)度|Xi|、|Xi+1|、角度cos-1(Xi·Xi+1/|Xi‖Xi+1|)和地面地形函數(shù)

和

暗示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和如果cos-1(Xi·Xi+1/|Xi‖Xi+1|)是未知的，則坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將取決于一個(gè)未知的參數(shù)
對(duì)于參數(shù)

的每個(gè)選擇，將按上文論述獲得的且屬于Xi和Xi+1的每對(duì)SAR圖像

和

表示為坐標(biāo)系及其和向量

的坐標(biāo)網(wǎng)格中的SAR圖像對(duì)
這樣，在新的共有坐標(biāo)系中計(jì)算并改變

以便找出它的提供相關(guān)性最大值的值，203、204。
為進(jìn)行精密調(diào)整的目的，還可以對(duì)于每個(gè)β改變第二和第三參數(shù)，253、251和252，向量Xi，Xi+1的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)于這些長(zhǎng)度，角度


是各個(gè)向量與地面形成的角度。

是

和

之間的角度，并且可以是非常大，例如，2、3或4度(或更多或更少)。應(yīng)該明確的是這些數(shù)字僅出于舉例說(shuō)明的原因而給出，并用于解釋此角度

是最具決定性的因素?？梢圆捎枚喾N方式來(lái)執(zhí)行此相關(guān)性或最大化過(guò)程，因此圖6中僅以示意形式圖示一個(gè)示例。因此，當(dāng)對(duì)于

實(shí)現(xiàn)了估算時(shí)，按上文論述的，通過(guò)改變第二和第三參數(shù)來(lái)對(duì)相關(guān)性求值。這樣，稍微改變

來(lái)找出對(duì)應(yīng)于

的任何精密調(diào)整的最大值。
最后，在205中，對(duì)更精細(xì)的(refined)坐標(biāo)網(wǎng)格

中的調(diào)整的SAR圖像對(duì)計(jì)算由此以提高2倍約為

的角分辨率獲取2N-1個(gè)SAR圖像

然后，與參考圖5論述的已知孔徑的情況一樣，重復(fù)這些迭代。
因此圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的自動(dòng)聚焦過(guò)程，這通過(guò)參考圖5論述的通用方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
正如本申請(qǐng)中前文論述的，還可以采用其他方式來(lái)執(zhí)行相關(guān)，如上文論述的，可以將SAR圖像分成更小的子圖像，不是改變



等，而是改變子圖像，以非線性方式使之變形(distorted)，如果將它們分成更小的子圖像，則可以由此移動(dòng)它們，以便能夠查看哪種類(lèi)型的變形產(chǎn)生β，α等的錯(cuò)誤估計(jì)。這意味著無(wú)需最優(yōu)化，而可以計(jì)算β，α等。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種FFB的特定公式化，它僅依賴于平臺(tái)路徑的內(nèi)蘊(yùn)坐標(biāo)，這樣又能夠在平臺(tái)路徑未知的情況下通過(guò)對(duì)偏移子孔徑段應(yīng)用FFB的公式化以便找出提供最優(yōu)SAR圖像聚焦的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。FFB的特定實(shí)現(xiàn)是具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗峁FB充分對(duì)稱地分成多個(gè)處理階段。它還使FFB減至與平臺(tái)路徑的坐標(biāo)的基本相關(guān)性。與公知的FFB方法比較，它使得對(duì)運(yùn)動(dòng)、地形和舍入誤差的處理相關(guān)性簡(jiǎn)單明了。因此本申請(qǐng)中描述的方法對(duì)于實(shí)現(xiàn)快速碼是非常有用的，而在選擇處理硬件和體系結(jié)構(gòu)時(shí)僅足夠的計(jì)算精確度對(duì)于該快速碼是至關(guān)重要的。
通過(guò)本發(fā)明，盡管是低頻率的無(wú)線電波仍將提供非常好的分辨率，這也極其具有優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)該明確的是，本發(fā)明并不局限于特定圖示的實(shí)施例，而是在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以采用多種方式對(duì)其進(jìn)行改變。該雷達(dá)設(shè)備可以例如安裝在任何類(lèi)型的平臺(tái)上，并且可以包括一個(gè)或多個(gè)天線，使用無(wú)線電波或微波等，并且可以在平臺(tái)路徑未知的情況下使用任何適合的相關(guān)性或最大化方法。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)系統(tǒng)，包括可相對(duì)于某個(gè)景物沿著平臺(tái)路徑移動(dòng)的平臺(tái)，所述景物例如包括地表面部分，所述平臺(tái)適于支撐或承載定位設(shè)備、定時(shí)設(shè)備和雷達(dá)設(shè)備并且適于實(shí)現(xiàn)用于對(duì)所述景物成像的衍射受限的合成孔徑(SAR)技術(shù)，并且包括用于收集和保存雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的記錄部件，這些雷達(dá)原始數(shù)據(jù)包括注釋有距離的雷達(dá)回波振幅以及收集所述雷達(dá)回波振幅的時(shí)間瞬間，以及所收集的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)與平臺(tái)位置測(cè)量數(shù)據(jù)纏結(jié)，所述平臺(tái)位置測(cè)量數(shù)據(jù)注釋有收集所述位置測(cè)量數(shù)據(jù)的相應(yīng)時(shí)間瞬間，所述雷達(dá)設(shè)備還包括用于使用所收集的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)和位置測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行SAR處理的處理部件，其特征在于，
所述處理部件適于通過(guò)迭代計(jì)算長(zhǎng)度k的雷達(dá)振幅的總和的序列，其注釋有距離和角度參數(shù)、相對(duì)于三維空間中的共有原點(diǎn)定義，以及其中所述共有原點(diǎn)定義在沿著k個(gè)連接的三維向量P0P1，P1P2，...，Pk-1Pk的向量和P0P1+P1P2+...+Pk-1Pk形成的向量的位置處，每個(gè)所述三維向量包括所述總和中的每個(gè)雷達(dá)振幅項(xiàng)的相應(yīng)原點(diǎn)，并且各稱為子孔徑，以及其中處理部件適于通過(guò)將雷達(dá)原始數(shù)據(jù)視為所述雷達(dá)振幅以在第一迭代階段中啟動(dòng)迭代過(guò)程，其中這些雷達(dá)數(shù)據(jù)具有它們的原點(diǎn)，所述原點(diǎn)沿著由執(zhí)行的定位測(cè)量給定的三維點(diǎn)中開(kāi)始和結(jié)束的向量。
2.如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于通過(guò)選擇值k等于2，以迭代方式成對(duì)地合并雷達(dá)振幅或SAR雷達(dá)圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于以迭代方式三個(gè)一組地，即k＝3地合并雷達(dá)振幅或SAR雷達(dá)圖像。
4.如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于以迭代方式四個(gè)或四個(gè)以上一組地，即k≥4地合并雷達(dá)振幅或SAR雷達(dá)圖像。
5.如權(quán)利要求1-4所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述子孔徑P0P1，P1P2，...，Pk-1Pk在所有迭代階段中是近似地共線，由此所述雷達(dá)振幅將僅近似地與距離和一個(gè)角度參數(shù)相關(guān)，并且在于所述角分辨率對(duì)于每次迭代以系數(shù)k來(lái)提高，所述處理部件適于將初始角度離散化網(wǎng)格選為粗略的，并以迭代方式對(duì)于每次迭代按系數(shù)k使其更精細(xì)以創(chuàng)建最終的雷達(dá)振幅或SAR圖像。
6.如權(quán)利要求1-4所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于處理非共線部署的子孔徑P0P1，P1P2，...，Pk-1Pk，所述景物包括具有定向的平面以及所述處理部件適于提供有關(guān)所述定向的信息以將與相對(duì)于某個(gè)子孔徑向量點(diǎn)的距離和角度相關(guān)的雷達(dá)振幅變換到多個(gè)子孔徑向量的向量和形成的新原點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于處理平臺(tái)位置測(cè)量....未知足夠或給定的精確度，以及適于在將雷達(dá)振幅求和之前，通過(guò)要求所述雷達(dá)振幅盡可能相似，基于將所獲取的雷達(dá)振幅進(jìn)行匹配來(lái)執(zhí)行自動(dòng)聚焦處理動(dòng)作，以便在每個(gè)迭代階段中找出所述子孔徑P0P1，P1P2，...，Pk-1Pk之間的適當(dāng)坐標(biāo)變換。
8.如權(quán)利要求7所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
對(duì)于每次迭代，假定k＝2，所述自動(dòng)聚焦處理部件適于通過(guò)如下步驟執(zhí)行雷達(dá)振幅或SAR圖像的成對(duì)匹配以迭代方式改變要相加的兩個(gè)相應(yīng)子孔徑P0P1和P1P2之間的相對(duì)定向和它們至例如地面平面的景物的定向，直到找到相關(guān)性最大值為止，并且對(duì)由此找到的特定幾何中的所述雷達(dá)振幅或SAR圖像進(jìn)行變換和相加。
9.如權(quán)利要求8所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述處理部件適于執(zhí)行雷達(dá)振幅或SAR圖像之間的匹配，其包括所述雷達(dá)振幅的強(qiáng)度或平方模之間的相關(guān)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述自動(dòng)聚焦處理部件適于通過(guò)如下步驟獲取相關(guān)性最大值將所述雷達(dá)振幅或SAR圖像分成子圖像，并通過(guò)將子圖像內(nèi)的子子圖像相關(guān)以計(jì)算包括要相加的每相應(yīng)兩個(gè)子孔徑之間的角度β的至少一個(gè)參數(shù)。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述雷達(dá)系統(tǒng)適于使用微波來(lái)進(jìn)行所述雷達(dá)測(cè)量。
12.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于，
所述雷達(dá)系統(tǒng)適于使用具有約3-15米波長(zhǎng)的無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行所述雷達(dá)測(cè)量。
13.一種從支撐或承載定位設(shè)備、定時(shí)設(shè)備和雷達(dá)設(shè)備的可移動(dòng)平臺(tái)、使用用于對(duì)景物成像的衍射受限的合成孔徑技術(shù)來(lái)提供所述景物的圖像的方法，例如地表面部分的圖像，所述方法包括如下步驟
-收集和保存雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，所述雷達(dá)原始數(shù)據(jù)包括注釋有距離的雷達(dá)回波振幅以及收集所述雷達(dá)回波振幅的時(shí)間瞬間；
-執(zhí)行注釋有相應(yīng)測(cè)量時(shí)間瞬間的平臺(tái)測(cè)量，以使所述收集的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)變成與所述平臺(tái)測(cè)量纏結(jié)；
-以迭代方式計(jì)算相對(duì)于三維空間中的共有原點(diǎn)定義的長(zhǎng)度k的雷達(dá)振幅的總和的序列，所述共有原點(diǎn)是在沿著k個(gè)連接的三維向量或子孔徑P0P1，P1P2，...，Pk-1Pk的向量和P0P1+P1P2+...+Pk-1Pk形成的向量的位置處定義的，各子孔徑包含所述總和中的每個(gè)雷達(dá)振幅項(xiàng)的相應(yīng)原點(diǎn)，計(jì)算步驟如下
-在第一迭代階段中啟動(dòng)迭代過(guò)程，其中將雷達(dá)原始數(shù)據(jù)視為所述雷達(dá)振幅，這些雷達(dá)原始數(shù)據(jù)具有它們的原點(diǎn)，所述原點(diǎn)沿著由執(zhí)行的位置測(cè)量給定的三維點(diǎn)中開(kāi)始和結(jié)束的向量。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟
-以迭代方式成對(duì)地，即k＝2或3個(gè)或3個(gè)以上一組，即k≥3地合并雷達(dá)振幅。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，
所述方法包括如下步驟對(duì)于基本上共線的子孔徑
-最初選擇粗略的角離散化網(wǎng)格，
-以迭代方式獲得按系數(shù)k使其更精細(xì)的角離散化網(wǎng)格，從而獲得最終雷達(dá)振幅或SAR圖像。
16.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，
所述方法包括如下步驟對(duì)于非共線子孔徑-使用有關(guān)所述景物形成的平面的定向的信息以將與相對(duì)于某個(gè)子孔徑向量點(diǎn)的距離和角度相關(guān)的雷達(dá)振幅變換到多個(gè)子孔徑向量的向量和形成的新原點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，
所述方法包括如下步驟，當(dāng)所述平臺(tái)位置測(cè)量的精確度未達(dá)到給定級(jí)別或不足夠時(shí)，
-在將雷達(dá)振幅求和之前，通過(guò)要求所述雷達(dá)振幅盡可能相似，基于將所獲取的雷達(dá)振幅進(jìn)行匹配來(lái)執(zhí)行自動(dòng)聚焦處理動(dòng)作，以便在每個(gè)迭代階段中找出所述子孔徑之間的適當(dāng)坐標(biāo)變換。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，
所述方法包括通過(guò)所述自動(dòng)處理部件并且在每次迭代中執(zhí)行如下步驟
-通過(guò)假設(shè)k＝2成對(duì)地匹配雷達(dá)振幅，并以迭代方式改變相應(yīng)兩個(gè)子孔徑之間的相對(duì)定向和它們至所述景物的定向，直到找到對(duì)應(yīng)于特定幾何的相關(guān)性最大值為止，
-在由此找到的所述特定幾何中對(duì)所述雷達(dá)振幅進(jìn)行變換并相加。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，
所述方法包括如下步驟
-所述雷達(dá)振幅之間的匹配包括所述雷達(dá)振幅的強(qiáng)度或平方模之間的相關(guān)性。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，
所述方法包括如下步驟為獲取相關(guān)性最大值
-劃分子圖像中的雷達(dá)振幅；
-將子圖像內(nèi)的子子圖像相關(guān)以計(jì)算包括要相加的兩個(gè)相應(yīng)子圖像之間的角度β的至少一個(gè)參數(shù)。
21.如權(quán)利要求13-20中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
所述方法包括
-使用微波或無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行所述雷達(dá)測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)系統(tǒng)，它包括可沿著相對(duì)于地表面部分(20)的路徑移動(dòng)并承載定位設(shè)備、定時(shí)設(shè)備和雷達(dá)設(shè)備(1)的平臺(tái)(10)。它適于實(shí)現(xiàn)SAR以用于對(duì)地面部分成像。它包括記錄部件，記錄部件用于收集雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，該雷達(dá)原始數(shù)據(jù)包括注釋有距離和收集的時(shí)間瞬間的雷達(dá)回波振幅，該雷達(dá)原始數(shù)據(jù)與注釋有其收集的相應(yīng)時(shí)間瞬間的平臺(tái)位置測(cè)量數(shù)據(jù)纏結(jié)。它還包括處理部件(3、4)該處理部件(3、4)用于使用收集的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)和位置測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行SAR處理，并適于通過(guò)迭代計(jì)算相對(duì)于三維空間中的共有原點(diǎn)定義的長(zhǎng)度k的雷達(dá)振幅的總和的序列，注釋有距離和角度參數(shù)，該三維空間在沿著k個(gè)連接的三維向量P0P1，P1P2，…，Pk-1Pk的向量和P0P1+P1P2+…+Pk-1Pk形成的向量的位置處定義。每個(gè)向量(子孔徑)包括總和中的每個(gè)雷達(dá)振幅項(xiàng)的相應(yīng)原點(diǎn)，該處理部件適于通過(guò)將雷達(dá)原始數(shù)據(jù)視為所述雷達(dá)振幅以在第一迭代階段中啟動(dòng)迭代過(guò)程，其中這些雷達(dá)數(shù)據(jù)具有它們的原點(diǎn)，這些原點(diǎn)沿著在由定位測(cè)量給定的三維點(diǎn)中開(kāi)始和結(jié)束的向量。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101548198SQ200680056585
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
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