專(zhuān)利名稱(chēng)：一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及了合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨率的微波成像系統(tǒng)，它依靠雷達(dá)和目標(biāo) 之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)形成合成陣列來(lái)獲得橫向高分辨率，利用大帶寬信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 縱向高分辨率。三維SAR是基于常規(guī)SAR橫向維和縱向維的基礎(chǔ)之上外加切橫向 維，它也是依靠雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得切橫向分辨率。
目前研究比較熱的三維SAR系統(tǒng)是線(xiàn)陣SAR (簡(jiǎn)稱(chēng)LASAR)系統(tǒng)。它是把一 線(xiàn)性陣列天線(xiàn)固定在飛機(jī)機(jī)翼上來(lái)重建場(chǎng)景三維信息的一種三維SAR系統(tǒng)，它克 服了曲線(xiàn)SAR天線(xiàn)相位中心控制精度差的缺點(diǎn)，但是由于該系統(tǒng)的實(shí)線(xiàn)陣是一個(gè) 全饋元激勵(lì)陣，其存在功率消耗大，饋元耦合和數(shù)據(jù)處理量大等缺點(diǎn)?；诰€(xiàn)陣 SAR系統(tǒng)的三維成像機(jī)理，結(jié)合線(xiàn)陣SAR系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，有人提出了一種單激勵(lì) 的線(xiàn)陣三維SAR系統(tǒng)，它就是把發(fā)射機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，接收陣列天線(xiàn)橫向固 定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，每一個(gè)PRF只打開(kāi)一個(gè)天線(xiàn)饋元來(lái)接收回波，那么從整個(gè)慢 時(shí)間來(lái)看，設(shè)定接收天線(xiàn)相位中心走一個(gè)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的重建， 它繼承了 LASAR系統(tǒng)天線(xiàn)相位中心控制精度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了三維成像數(shù)據(jù)量 的大大減少。但是由于該系統(tǒng)采用的是均勻線(xiàn)陣天線(xiàn)，當(dāng)天線(xiàn)饋元間距大于發(fā)射 電磁波波長(zhǎng)的一半時(shí)，在不同于瞄準(zhǔn)方向的角度有波束最大值，也就是柵瓣，詳 見(jiàn)文獻(xiàn)"自適應(yīng)濾波----時(shí)域自適應(yīng)濾波和智能天線(xiàn)"龔耀寰編著。由于柵瓣和 主瓣都是波束最大值，那么在雷達(dá)探測(cè)中柵瓣和主瓣會(huì)產(chǎn)生模糊，同時(shí)也會(huì)把柵 瓣當(dāng)成主瓣從而出現(xiàn)虛警或者假目標(biāo)，因此可以消除柵瓣。
雖然線(xiàn)陣天線(xiàn)的波束形成中存在柵瓣，但是消除柵瓣相對(duì)于成像來(lái)說(shuō)它是一 個(gè)次要的目的，近年來(lái)也很少有提出消除柵瓣的方法。而消除線(xiàn)陣天線(xiàn)波束柵瓣 最直接的辦法就是保證天線(xiàn)饋元間距小于發(fā)射電磁波波長(zhǎng)的一半，但是它在實(shí)際 應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)比較困難。文獻(xiàn)"綜合脈沖與孔徑雷達(dá)的距離與方向耦合柵瓣現(xiàn)象及 其克服方法"中提出了消除二維成像圖像中柵瓣的方法發(fā)射脈沖相位編碼法和發(fā)射頻率順序隨即排列法。到目前為止，據(jù)發(fā)明人所知，還沒(méi)有文章提出消除三
維成像中柵瓣的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有三維合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果中柵瓣多、旁瓣高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高 質(zhì)量的三維成像，本發(fā)明提出了一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法。它 克服了單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR成像圖像中柵瓣多的缺點(diǎn)，此外，它還繼承了單激勵(lì)線(xiàn) 陣三維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。
為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語(yǔ)定義
定義l、柵瓣
均勻線(xiàn)陣天線(xiàn)的波束圖(當(dāng)陣列輸入為平面波時(shí)，陣輸出與平面波入射角^ 的關(guān)系)不但在瞄準(zhǔn)方向《取得波束最大值，而且在滿(mǎn)足下式的所有P角均取得
最大值，有
!sin6> = ±A: & = 0,1，2，"'
^是天線(xiàn)饋元間距，；i是發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)，^是平面波入射角。詳見(jiàn)文獻(xiàn)"自
適應(yīng)濾波…-時(shí)域自適應(yīng)濾波和智能天線(xiàn)"，龔耀寰編著，電子工業(yè)出版社出版。 定義2、線(xiàn)陣三維成像合成孔徑雷達(dá)
線(xiàn)陣三維成像合成孔徑雷達(dá)是將線(xiàn)性陣列天線(xiàn)固定于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，利用平臺(tái) 飛行速度和線(xiàn)陣長(zhǎng)度以合成二維平面陣列，可以對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行三維成像的一種 合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。
定義3、延遲時(shí)間
延遲時(shí)間是發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)到接收機(jī)接收到信號(hào)這一段時(shí)間，記為r，它由 觀(guān)測(cè)區(qū)域到該系統(tǒng)的距離/ 決定，f = (2/0/C，其中，C為光速。 定義4、單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)
單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)是基于線(xiàn)陣SAR系統(tǒng)的三維成像機(jī)理，把發(fā)射 機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，將接收陣列天線(xiàn)對(duì)稱(chēng)于發(fā)射機(jī)且按饋元排列方向固定在運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)上，保持發(fā)射機(jī)不斷的對(duì)測(cè)繪區(qū)域發(fā)射信號(hào)，而在每一個(gè)PRF我們只打 開(kāi)接收陣列天線(xiàn)的一個(gè)天線(xiàn)饋元來(lái)接收回波，最后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理并得到三 維成像的一種合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的幾何模型如附圖1。詳見(jiàn)文獻(xiàn)"APCTrajectory design for 'one-active' linear array 3-D imaging SAR" ， Shi Jun 定義5、單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的接收天線(xiàn)相位中心軌跡 對(duì)于慢時(shí)間"，"=1.….7V， N為正整數(shù)，當(dāng)"=1，控制開(kāi)關(guān)按照三角周
期函數(shù)打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中任意一個(gè)線(xiàn)陣饋元M二Ml， Ml是M個(gè)線(xiàn)陣饋元中的
任意一個(gè)線(xiàn)陣饋元的標(biāo)記，記下慢時(shí)間"=1時(shí)工作的線(xiàn)陣饋元標(biāo)記^1;
當(dāng)"=2，控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中一個(gè)線(xiàn)陣饋元M二M2， M2#Mi， 記下慢時(shí)間w =2時(shí)工作的線(xiàn)陣饋元標(biāo)記M2;
當(dāng)m二3，控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中一個(gè)線(xiàn)陣饋元M二^3， A/3#M2# ^ 1 ，記下慢時(shí)間"=3時(shí)工作的線(xiàn)陣饋元標(biāo)記M 3;
依此類(lèi)推，當(dāng)"二N時(shí)，控制丌關(guān)打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中一個(gè)線(xiàn)陣饋元^-MN， Mi， M2，M3，…，Mn均不相同，記下慢時(shí)間w二n時(shí)工作的線(xiàn)陣饋元標(biāo)記
^N;這樣，就得到慢時(shí)間和對(duì)應(yīng)這個(gè)慢時(shí)間工作的線(xiàn)陣饋元標(biāo)記的對(duì)應(yīng)關(guān)系，
即線(xiàn)陣天線(xiàn)相位中心軌跡，所述線(xiàn)陣天線(xiàn)相位中心軌跡構(gòu)成的隨機(jī)變量服從均勻 分布。
定義6、后向投影(BP)算法
后向投影算法是基于匹配濾波原理的合成孔徑雷達(dá)成像算法，算法處理框圖 如附圖2所示，詳細(xì)內(nèi)容可參考文獻(xiàn)'."Research on A novel fast back projection algorithm for strip map bistatic SAR imaging" Huang Yulin 。
定義7、合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法
合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法是指利用合成孔徑雷達(dá)發(fā)射信號(hào)參數(shù)，采用 匹配濾波技術(shù)對(duì)合成孔徑雷達(dá)的距離向信號(hào)進(jìn)行濾波的過(guò)程。詳見(jiàn)文獻(xiàn)"雷達(dá)成 像技術(shù)"，保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版。
定義8、標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法
標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法是指對(duì)于一個(gè)帶限信號(hào)，在滿(mǎn)足采樣定理的情況下，采用 巻積核為sinc的函數(shù)/z(x)， / (x)的長(zhǎng)度即窗長(zhǎng)為『。進(jìn)行對(duì)己離散的信號(hào)g"z。插值，得到插值后所要的信號(hào)
^) = 1]&(— + -z〕
詳見(jiàn)文獻(xiàn)"合成孔徑雷達(dá)成像-…算法與實(shí)現(xiàn)"，F(xiàn)rank H. Wong等編著，電 子工業(yè)出版社出版。
定義9、沿慢時(shí)間相干求和
根據(jù)補(bǔ)償相位因子的計(jì)算公式K^)二exp 72;r/;^^ ，計(jì)算一個(gè)飛行
孔徑內(nèi)散射點(diǎn)^在不同慢時(shí)間"應(yīng)補(bǔ)償?shù)南辔灰蜃覭(n)，這里i (n;^)為對(duì)應(yīng) 的距離史，"=1……7V， 7V為一個(gè)飛行孔徑內(nèi)散射點(diǎn)^的慢時(shí)刻的個(gè)數(shù)，c為光 速。將插值重采樣后的數(shù)據(jù)C"與對(duì)應(yīng)慢時(shí)間"的補(bǔ)償相位因子夂(w)相乘，得到
相位補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)4 ，把所有慢時(shí)間相位補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)4相加。 定義10、合成孔徑雷達(dá)發(fā)射機(jī)
合成孔徑雷達(dá)發(fā)射機(jī)是指目前合成孔徑雷達(dá)采用的向觀(guān)測(cè)區(qū)域發(fā)射電磁信 號(hào)的系統(tǒng)，主要包括信號(hào)發(fā)生器、混頻器、放大器等模塊。 定義ll、合成孔徑雷達(dá)接收機(jī)
合成孔徑雷達(dá)接收機(jī)是指目前合成孔徑雷達(dá)采用的接收觀(guān)測(cè)區(qū)域回波的系 統(tǒng)，主要包括混頻器、放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)設(shè)備等。 定義12、三維合成孔徑雷達(dá)成像空間
三維合成孔徑雷達(dá)成像空間是指運(yùn)用成像算法由三維合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)空 間所得到的三維合成孔徑雷達(dá)的圖像空間。
定義13、飛行孔徑與慢時(shí)間
飛行孔徑是指對(duì)于測(cè)繪場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)從收發(fā)波束共同照射到開(kāi)始到 發(fā)射波束或接收波束任意一個(gè)照射不到結(jié)束收發(fā)波束中心所走過(guò)的距離。
慢時(shí)間是指收發(fā)平臺(tái)飛過(guò)一個(gè)飛行孔徑所需要的時(shí)間，由于雷達(dá)以一定的重復(fù)周期7;發(fā)射接收脈沖，慢時(shí)間可以表示為一個(gè)離散化的時(shí)間變量 ,="7;,
w二i…w， iv為一個(gè)飛行孔徑內(nèi)慢時(shí)間的離散個(gè)數(shù)，7;為重復(fù)周期。 定義14線(xiàn)陣中心饋元
線(xiàn)陣中心饋元就是整個(gè)線(xiàn)陣陣列天線(xiàn)中心位置的饋元。
定義15 Matlab
Matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室(Matrix Laboratory)的簡(jiǎn)稱(chēng)，美國(guó)MathWorks公司出 品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí) 技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。具體用法詳見(jiàn)文獻(xiàn)"MATLAB 5手冊(cè)"，Eva Part-Enander等編著，機(jī)械工業(yè)出版社出版。
針對(duì)單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR成像圖像中柵瓣多的缺點(diǎn)，研究了利用兩個(gè)接收饋元 來(lái)消除柵瓣的方法。采用的是單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR的成像原理，只是在每一個(gè)PRF 利用一對(duì)對(duì)稱(chēng)接收饋元分別來(lái)接收回波。該方法的具體歩驟如下
本發(fā)明提供的一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法，它包括
步驟l:接收饋元的確定
單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)在所有的慢時(shí)間均由線(xiàn)陣中心饋元^發(fā)射信
號(hào)；單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的控制開(kāi)關(guān)在每一個(gè)慢時(shí)間按照三角周期函數(shù) 打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中兩個(gè)線(xiàn)陣饋元接收單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)回波，此時(shí)其余 饋元都關(guān)閉，所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元關(guān)于單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心
饋元『。對(duì)稱(chēng)，所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元不相關(guān)；定義所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元為^和^ ; 如圖1所示；
步驟2:單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的接收饋元軌跡的確定
在每個(gè)慢時(shí)間w， w = l.….7V， N為正整數(shù)，定義單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑 雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元『。所在位置為iV"， w = l..…iV，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑
雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元『。固定在單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上隨單激 勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，記錄所有的慢時(shí)間單激勵(lì)線(xiàn)陣三維 合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元『。所在的空間位置，得到單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元『。的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，得到的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元為^和^的運(yùn)
動(dòng)軌跡是關(guān)于單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元『。的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡 對(duì)稱(chēng)；
步驟3:單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)回波的接收
隨著運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，發(fā)射機(jī)不斷的對(duì)測(cè)繪區(qū)域發(fā)射信號(hào)，假設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)射
的信號(hào)為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)S(O:
柳= 一河//+|的]o"rs
其中義為中心頻率，A為調(diào)頻斜率，,表示合成孔徑內(nèi)雷達(dá)發(fā)射脈沖級(jí)的
慢時(shí)間，r、為脈沖重復(fù)時(shí)間，7為虛數(shù)符號(hào)，這些均為已知參數(shù)。
經(jīng)過(guò)延遲r = (2i )/C之后，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元
K和^分別接收到來(lái)自測(cè)繪區(qū)域的回波；單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣
接收饋元^和『2在整個(gè)慢時(shí)間w ，分別得到w個(gè)測(cè)繪場(chǎng)景的回波信號(hào)就是我們
所需要的采集數(shù)據(jù)；我們定義單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元^
對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)為A ，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元『2對(duì)應(yīng)的
回波信號(hào)為^; 步驟4:數(shù)據(jù)處理
分別將接收到的回波^和A利用后向投影算法進(jìn)行成像處理，如附圖2所 示，首先采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)回波數(shù)據(jù)^進(jìn)行壓縮，得到距離 壓縮后的數(shù)據(jù)，記做￡,，然后采用標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得 到插值重采樣后的數(shù)據(jù)C,。再把插值重采樣后數(shù)據(jù)C、沿慢時(shí)間相干求和得到三 維數(shù)組q。同理，應(yīng)用相同的處理方法對(duì)^進(jìn)行處理，得到三維數(shù)組&;最后 將三維數(shù)組^和三維數(shù)組f2相加得到三維數(shù)組f = ^ + & ; 步驟5:成像結(jié)果顯示
9我們將步驟4中的三維數(shù)組& 、 ^和f通過(guò)傳統(tǒng)的Matlab繪圖方法得到三
維圖形，其中由&和&得到的三維圖形就是傳統(tǒng)的單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR所成的 三維圖形，由e得到的三維圖形是消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的三維圖形。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于克服現(xiàn)有單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR成像結(jié)果中柵瓣多、旁 瓣高等缺點(diǎn)，在其他條件不變的情況下，利用兩個(gè)接收饋元就能達(dá)到消除柵瓣、 降低旁瓣的目的，使成像質(zhì)量得到改善。此外，它還繼承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR 的天線(xiàn)相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的基本原理
本發(fā)明的基本原理就是在單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR的基礎(chǔ)上另加一個(gè)接收饋元來(lái)接 收回波，也就是在每一個(gè)PRF打開(kāi)一對(duì)關(guān)于線(xiàn)陣中心饋元對(duì)稱(chēng)的接收饋元分別 來(lái)接收回波，然后對(duì)這兩個(gè)對(duì)稱(chēng)接收饋元的回波進(jìn)行成像處理，最后將兩個(gè)處理 結(jié)果相加。它采用單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR的成像原理，利用接收相位中心的對(duì)稱(chēng)性實(shí) 現(xiàn)了柵瓣的消除。即，根據(jù)單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的成像原理，我們?cè)趩渭?lì)線(xiàn) 陣三維SAR的基礎(chǔ)上，讓每一個(gè)PRF在接收線(xiàn)陣天線(xiàn)上有一對(duì)對(duì)稱(chēng)接收饋元分 別來(lái)接收回波，然后對(duì)接收到的回波進(jìn)行成像處理，最后將兩個(gè)處理結(jié)果相加并 顯示出來(lái)，就得到三維重建圖。
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明就是針對(duì)單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR成像圖像中柵瓣的問(wèn)題，利用對(duì)稱(chēng)的兩個(gè) 接收饋元來(lái)實(shí)現(xiàn)柵瓣的消除和旁瓣的減弱，使成像質(zhì)量得到改善。此外，它還繼 承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減 少的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明就是針對(duì)單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR三維成像圖像中柵瓣的問(wèn)題而提出的，它 采用單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR的成像原理，在每一個(gè)PRF利用兩個(gè)對(duì)稱(chēng)接收饋元分別來(lái) 接收回波，然后對(duì)每一個(gè)接收饋元的回波進(jìn)行成像處理，最后將兩個(gè)處理結(jié)果相 加并顯示出來(lái)，就得到三維重建圖。它克服了單激勵(lì)線(xiàn)陣SAR成像圖像中柵瓣 多的缺點(diǎn)。此外它還繼承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高和
10成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出的利用對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)接收饋元來(lái)實(shí)現(xiàn)柵瓣的消除和旁瓣的減弱的 方法，有效的改善了成像質(zhì)量。我們對(duì)此方法進(jìn)行仿真試驗(yàn)，通過(guò)比較和評(píng)估我 們得到如下特點(diǎn)
(1) 該方法繼承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高、成像 數(shù)據(jù)處理量大大減少等優(yōu)點(diǎn)。
(2) 采用對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)接收饋元接收回波，通過(guò)兩個(gè)接收天線(xiàn)相位中心正好 對(duì)稱(chēng)的軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)柵瓣抵消和降低旁瓣的目的，使成像質(zhì)量得到改善。


圖1是單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的幾何結(jié)構(gòu)圖
其中在每一個(gè)慢時(shí)間，『。表示單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋
元，^表示單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣饋元，『2表示與單激勵(lì)線(xiàn)陣三
維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣饋元^關(guān)于單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋
元『。對(duì)稱(chēng)的單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣饋元，T-APC表示發(fā)射饋元『。
的天線(xiàn)相位中心，R1-APC表示接收饋元^的天線(xiàn)相位中心，R2-APC表示接收
饋元^的天線(xiàn)相位中心，^為三維測(cè)繪場(chǎng)景中的一個(gè)散射點(diǎn)，i ,表示發(fā)射饋
元『。距離散射點(diǎn)^的距離，A,表示線(xiàn)陣饋元^距離散射點(diǎn)l的距離，&2表示
線(xiàn)陣饋元『2距離散射點(diǎn)^的距離，(",v，—為散射點(diǎn)^的坐標(biāo)系，(x,;;，z)為載機(jī)
平臺(tái)的坐標(biāo)系，^平臺(tái)速度矢量，n表示慢時(shí)間。 圖2是BP算法處理方框圖
其中，/^F表示雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，通道/^F^表示接收機(jī)在第i個(gè)慢時(shí)
間接收的回波數(shù)據(jù)，z、l，…，W。 W為一個(gè)飛行孔徑內(nèi)慢時(shí)間的個(gè)數(shù)，C"，v，w)為
散射點(diǎn)的坐標(biāo)。收發(fā)天線(xiàn)相位中心可以由系統(tǒng)的初始化參數(shù)計(jì)算。三維成像空間 為定義12描述的三維合成孔徑雷達(dá)成像空間。距離壓縮為定義7描述的合成孔 徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法，插值/重采樣為定義8描述的標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法，相 干累加為為定義9描述的沿慢時(shí)間相干求和。圖3是本方法的結(jié)構(gòu)流程圖。
圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
成像仿真參數(shù)表。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證該系統(tǒng)模型的可行性，所有步驟、 結(jié)論都在VC+十、MATLAB7.0上驗(yàn)證正確。具體實(shí)施步驟如下 步驟l:接收饋元的選定 在單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的基礎(chǔ)上，每一個(gè)PRF我們打開(kāi)兩個(gè)接收饋元分別
接收回波，為了方便，我們標(biāo)號(hào)其中一個(gè)接收饋元為饋元W，另一個(gè)接收饋元 為饋元『2，其中接收饋元為饋元^和接收饋元^是獨(dú)立的且關(guān)于線(xiàn)陣中心饋元 『。完全對(duì)稱(chēng)的。那么我們得到的兩個(gè)接收天線(xiàn)相位中心軌跡也是完全對(duì)稱(chēng)的。 假設(shè)有饋元^組成的接收天線(xiàn)相位中心軌跡g,(f)，饋元『2組成的天線(xiàn)相位中心 軌跡&(0，且它們都是三角周期信號(hào)，則有
|(,—》 ,€[o,r/2]
4 37 g2(0 =
j(卜,)"ir/2,r〗
其中，T為發(fā)射信號(hào)周期，r為時(shí)間。
步驟3:回波的接收
隨著運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，發(fā)射機(jī)不斷的對(duì)測(cè)繪區(qū)域發(fā)射信號(hào)，假設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)射
的信號(hào)為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)S(f):
SO) = a(O exp[;2;r(" +會(huì)的]0 S " 7;
其中fl(O為信號(hào)幅度，,為中心頻率，A為調(diào)頻斜率，？表示合成孔徑內(nèi)
雷達(dá)發(fā)射脈沖級(jí)的慢時(shí)間，7;為脈沖重復(fù)時(shí)間。
經(jīng)過(guò)一段延遲之后，饋元w和饋元w分別接收到來(lái)自測(cè)繪區(qū)域的回波，我 們記錄饋元w接收到的回波為A ，饋元W接收到的回波為A 。步驟3:數(shù)據(jù)處理
我們分別將接收到的回波^和A利用后向投影算法進(jìn)行成像處理，如附圖2 所示，首先采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)回波數(shù)據(jù)^進(jìn)行壓縮，得到距 離壓縮后的數(shù)據(jù)，記做￡,，然后采用標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行插值， 得到插值重采樣后的數(shù)據(jù)q 。再把插值重采樣后數(shù)據(jù)q沿慢時(shí)間相干求和得到 三維數(shù)組^。同理，應(yīng)用相同的處理方法對(duì)^進(jìn)行處理，得到三維數(shù)組^;最 后將三維數(shù)組e,和三維數(shù)組￡2相加得到三維數(shù)組f = e, +S2 ;
步驟4:成像結(jié)果顯示
我們將步驟四中的三維數(shù)組&、 ^和^通過(guò)傳統(tǒng)的Matlab繪圖方法得到三
維圖形，其中由《和&得到的三維圖形就是傳統(tǒng)的單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR所成的 三維圖形，由s得到的三維圖形是消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的三維圖形。 我們應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)所采用的系統(tǒng)參數(shù)詳見(jiàn)圖4。 通過(guò)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的仿真及測(cè)試，本發(fā)明所提出的利用對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)接 收饋元來(lái)實(shí)現(xiàn)柵瓣的消除和旁瓣的減弱的方法，與現(xiàn)有的三維合成孔徑雷達(dá)成像 圖像相比，它實(shí)現(xiàn)柵瓣抵消和降低旁瓣的目的。此外，它還繼承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三 維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法，其特征是它包括步驟1接收饋元的確定單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)在所有的慢時(shí)間均由線(xiàn)陣中心饋元W0發(fā)射信號(hào)；單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的控制開(kāi)關(guān)在每一個(gè)慢時(shí)間按照三角周期函數(shù)打開(kāi)線(xiàn)陣天線(xiàn)中兩個(gè)線(xiàn)陣饋元接收單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)回波，此時(shí)其余饋元都關(guān)閉，所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元關(guān)于單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0對(duì)稱(chēng)，所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元不相關(guān)；定義所述的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元為W1和W2；步驟2單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的接收饋元軌跡的確定在每個(gè)慢時(shí)間n，n＝1……N，N為正整數(shù)，定義單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0所在位置為Nn，n＝1……N，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0固定在單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上隨單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，記錄所有的慢時(shí)間單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0所在的空間位置，得到單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，得到的兩個(gè)線(xiàn)陣饋元為W1利W2的運(yùn)動(dòng)軌跡是關(guān)于單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣中心饋元W0的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)稱(chēng)；步驟3單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)回波的接收隨著運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，發(fā)射機(jī)不斷的對(duì)測(cè)繪區(qū)域發(fā)射信號(hào)，假設(shè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)S(t)<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>S</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>exp</mi><mo>[</mo><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>&pi;</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>f</mi><mi>c</mi> </msub> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn> </mfrac> <msup><mi>kt</mi><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100595480002C1.tif" wi="47" he="9" top= "207" left = "54" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>0≤t≤Ts其中fc為中心頻率，k為調(diào)頻斜率，t表示合成孔徑內(nèi)雷達(dá)發(fā)射脈沖級(jí)的慢時(shí)間，Ts為脈沖重復(fù)時(shí)間，j為虛數(shù)符號(hào)，這些均為已知參數(shù)；經(jīng)過(guò)延遲τ＝(2R)/C之后，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元W1利W2分別接收到來(lái)自測(cè)繪區(qū)域的回波；單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元W1和W2在整個(gè)慢時(shí)間n，分別得到n個(gè)測(cè)繪場(chǎng)景的回波信號(hào)就是我們所需要的采集數(shù)據(jù)；我們定義單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元W1對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)為φ1，單激勵(lì)線(xiàn)陣三維合成孔徑雷達(dá)的線(xiàn)陣接收饋元W2對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)為φ2；步驟4數(shù)據(jù)處理分別將接收到的回波φ1和φ2利用后向投影算法進(jìn)行成像處理，首先采用合成孔徑雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)距離壓縮方法對(duì)回波數(shù)據(jù)φ1進(jìn)行壓縮，得到距離壓縮后的數(shù)據(jù)，記做E1，然后采用標(biāo)準(zhǔn)辛格插值方法對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，得到插值重采樣后的數(shù)據(jù)C1；再把插值重采樣后數(shù)據(jù)C1沿慢時(shí)間相干求和得到三維數(shù)組ε1；同理，應(yīng)用相同的處理方法對(duì)φ2進(jìn)行處理，得到三維數(shù)組ε2；最后將三維數(shù)組ε1和三維數(shù)組ε2相加得到三維數(shù)組ε＝ε1+ε2；步驟5成像結(jié)果顯示我們將步驟4中的三維數(shù)組ε1、ε2和ε通過(guò)傳統(tǒng)的Matlab繪圖方法得到三維圖形，其中由ε1和ε2得到的三維圖形就是傳統(tǒng)的單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR所成的三維圖形，由ε得到的三維圖形是消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的三維圖形。
全文摘要
為了克服現(xiàn)有三維合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果中柵瓣多、旁瓣高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的三維成像，本發(fā)明提出了一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像刪瓣的方法。根據(jù)單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的成像原理，我們?cè)趩渭?lì)線(xiàn)陣三維SAR的基礎(chǔ)上，讓每一個(gè)慢時(shí)間在接收線(xiàn)陣天線(xiàn)上有一對(duì)對(duì)稱(chēng)且不相關(guān)的接收陣元分別來(lái)接收回波，然后對(duì)接收到的回波進(jìn)行成像處理，最后將兩個(gè)處理結(jié)果相加并顯示出來(lái)，就得到三維重建圖。相較于單激勵(lì)線(xiàn)陣合成孔徑雷達(dá)，它的成像圖像中刪瓣就少了很多；它還繼承了單激勵(lì)線(xiàn)陣三維SAR的天線(xiàn)相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S13/90GK101566689SQ200910059548
公開(kāi)日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者君 師, 張曉玲, 濤 曾, 王銀波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)