合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，該方法包括步驟如下：步驟S1：構(gòu)建帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型，獲得子帶串?dāng)_對成像性能影響的信息；步驟S2：對帶有串?dāng)_的子帶信號進(jìn)行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應(yīng)模型的仿真結(jié)果，用以驗(yàn)證距離向脈沖響應(yīng)模型的正確性，并構(gòu)建子帶交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；步驟S3：利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)，并對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像，用以驗(yàn)證子帶串?dāng)_對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能影響的信息。
【專利說明】合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及多發(fā)多收合成孔徑雷達(dá)的信號串?dāng)_問題，尤其涉及一種采用步進(jìn)頻線性調(diào)頻信號的多發(fā)多收合成孔徑雷達(dá)中的子帶信號串?dāng)_的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來實(shí)現(xiàn)二維高分辨率寬測繪帶成為星載合成孔徑雷達(dá)追求的首要目標(biāo)。方位向分辨率與測繪帶寬的矛盾可以由方位向單發(fā)多收(SIMO)技術(shù)(多通道技術(shù))解決。而距離向高分辨率的實(shí)現(xiàn)需要發(fā)射大帶寬信號，大帶寬信號的發(fā)射和接收對硬件的要求很高。當(dāng)硬件水平不能達(dá)到要求時，可發(fā)射多個步進(jìn)頻的線性調(diào)頻信號，接收和解調(diào)后在地面合成寬帶信號。為了不抵消掉方位向多通道技術(shù)實(shí)現(xiàn)的等效脈沖重復(fù)頻率的提高，采用多發(fā)多收(MIMO)的天線結(jié)構(gòu)，其中每個孔徑同時發(fā)射不同載頻的子帶信號。由于各個子帶同時發(fā)射和接收，如果子帶頻譜不能完全分離開，將會引起子帶間的串?dāng)_，可見子帶串?dāng)_是由子帶信號頻譜的交疊造成的。由于截斷線性調(diào)頻信號頻譜的吉布斯效應(yīng)，信號帶寬外仍存在較小的頻譜分量，故即使發(fā)射信號帶寬等于載頻間隔(理論上無交疊)，仍存在子帶串?dāng)_。
[0003]子帶串?dāng)_問題是多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)面臨的主要問題。串?dāng)_對成像性能的影響分析至關(guān)重要，它能為發(fā)射信號頻譜交疊度的選擇提供依據(jù)，也能為后期的目標(biāo)檢測提供先驗(yàn)知識。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于從數(shù)學(xué)推導(dǎo)、仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)三方面得出子帶串?dāng)_對多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)成像性能的影響特征，為此提供一種合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法包括步驟如下:
[0008]步驟S1:構(gòu)建帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型，獲得子帶串?dāng)_對成像性能影響的信息；
[0009]步驟S2:對帶有串?dāng)_的子帶信號進(jìn)行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應(yīng)模型的仿真結(jié)果，用以驗(yàn)證距離向脈沖響應(yīng)模型的正確性，并構(gòu)建子帶交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；
[0010]步驟S3:利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)，并對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像，用以驗(yàn)證子帶串?dāng)_對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能影響的信息。
[0011](三)有益效果[0012]本發(fā)明公開了多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能的影響分析結(jié)果，構(gòu)建了帶有串?dāng)_的子帶回波子帶合成后的脈沖響應(yīng)模型；對該模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到交疊度與子帶串?dāng)_造成的假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收模式，并對其成像，驗(yàn)證了子帶串?dāng)_對實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能的影響。
[0013]本發(fā)明構(gòu)建了帶有子帶串?dāng)_的距離向脈沖響應(yīng)函數(shù)，得知子帶交疊度越大，串?dāng)_的影響越大，脈沖響應(yīng)函數(shù)中的假目標(biāo)幅度越大，同時計算出了假目標(biāo)的具體位置；仿真實(shí)驗(yàn)考慮了信號頻譜的吉布斯效應(yīng)，給出不同帶寬下交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)給出了 31.5MHz子帶帶寬下,子帶交疊5%和子帶無交疊(仍存在吉布斯效應(yīng)造成的子帶串?dāng)_)時的成像結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了子帶串?dāng)_對實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能的影響。本發(fā)明為多子帶并發(fā)模式的子帶交疊度選擇提供了依據(jù)，同時發(fā)明中假目標(biāo)位置的確定也為后期目標(biāo)檢測提供了先驗(yàn)知識。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1a為本發(fā)明完整構(gòu)思的流程圖；
[0015]圖1b為本發(fā)明中多發(fā)多收多子帶模式下的兩發(fā)四收幾何模型和收發(fā)時序圖；
[0016]圖2為本發(fā)明中有子帶交疊時的回波分離示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明中無子帶交疊時的回波分離示意圖；
[0018]圖4a為本發(fā)明中不同交疊度下，子帶合成后的脈沖壓縮結(jié)果原圖；
[0019]圖4b為本發(fā)明中不同交疊度下，子帶合成后的脈沖壓縮結(jié)果中真實(shí)目標(biāo)的放大圖；
[0020]圖5為本發(fā)明中不同合成帶寬下，子帶交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；
[0021]圖6為本發(fā)明中各個處理步驟后的等效相位中心分布示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明中多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)的成像處理框圖；
[0023]圖8為本發(fā)明中子帶交疊5%時的實(shí)測數(shù)據(jù)成像結(jié)果；
[0024]圖9為本發(fā)明中子帶交疊0% (即只考慮吉布斯效應(yīng)引起的串?dāng)_)時的實(shí)測數(shù)據(jù)成像結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]圖1a為本發(fā)明對多發(fā)多收多子帶合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_的分析方法的流程圖；該方法包括步驟如下:
[0027]步驟S1:構(gòu)建帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型，獲得子帶串?dāng)_對成像性能影響的信息；
[0028]步驟S2:對帶有串?dāng)_的子帶信號進(jìn)行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應(yīng)模型的仿真結(jié)果，用以驗(yàn)證距離向脈沖響應(yīng)模型的正確性，并構(gòu)建子帶交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線；
[0029]步驟S3:利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)，并對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像，用以驗(yàn)證子帶串?dāng)_對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能影響的信息。
[0030]步驟SI中，構(gòu)建距離向脈沖響應(yīng)模型的步驟如下:
[0031]步驟Sll:根據(jù)串?dāng)_的頻譜分量，得出帶有串?dāng)_的子帶信號頻譜；
[0032]步驟S12:對帶有串?dāng)_的子帶信號頻譜在距離向匹配濾波，獲得距離壓縮后的子帶信號頻譜；
[0033]步驟S13:對子帶信號頻譜在距離頻域補(bǔ)零，獲得距離向升采樣的子帶信號頻譜；
[0034]步驟S14:對子帶信號頻譜做逆傅里葉變換，獲得時域子帶信號，對時域子帶信號乘以對應(yīng)的頻移函數(shù)，獲得頻移后的時域子帶信號；
[0035]步驟S15:將頻移后的時域子帶信號相干疊加，獲得帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型。
[0036]圖1b為本發(fā)明中多發(fā)多收多子帶模式下的兩發(fā)四收幾何模型和收發(fā)時序圖。圖1b中打?yàn)檐壍栏叨龋琕s為平臺運(yùn)動速度。發(fā)射時，子孔徑I發(fā)射子帶1，子孔徑2發(fā)射子帶
2;接收時，每個子孔徑同時接收兩個子帶回波。則每次發(fā)射接收可形成四個等效相位中心，子帶I對應(yīng)的等效相位中心位置如圖1b中①所示，子帶2對應(yīng)的等效相位中心位置如圖1b中②所示。
[0037]有子帶交疊時的回波分離示意圖如圖2所示，以得到子帶I的基帶回波信號為例，將接收到的回波信號用子帶I的載頻fi解調(diào)，則子帶I的中心頻率變?yōu)?，子帶2的中心頻率變?yōu)槠渲衒2為子帶2的載頻；再經(jīng)過一個模擬低通濾波器(其帶寬大于信號帶寬)，如圖中梯形所示；再經(jīng)過AD采樣并壓縮后傳到地面；對讀取的基帶回波信號在數(shù)字域截頻，數(shù)字截頻濾波器如圖中矩形框所示。截頻濾波器的使用既可以將串?dāng)_的影響控制到最小，又可以使無串?dāng)_的合成頻譜幅度連續(xù)。由于三子帶或更多子帶問的串?dāng)_分析與兩子帶情況類似，本發(fā)明只給出兩子帶問的串?dāng)_分析方法。
[0038]考慮兩子帶的情況，理論上，帶有串?dāng)_后的子帶I基帶信號頻譜為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: 步驟S1:構(gòu)建帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型，獲得子帶串?dāng)_對成像性能影響的信息； 步驟S2:對帶有串?dāng)_的子帶信號進(jìn)行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應(yīng)模型的仿真結(jié)果，用以驗(yàn)證距離向脈沖響應(yīng)模型的正確性，并構(gòu)建子帶交疊度與假目標(biāo)幅度的關(guān)系曲線； 步驟S3:利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)，并對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像，用以驗(yàn)證子帶串?dāng)_對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能影響的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，構(gòu)建距離向脈沖響應(yīng)模型的步驟如下: 步驟Sll:根據(jù)串?dāng)_的頻譜分量，得出帶有串?dāng)_的子帶信號頻譜； 步驟S12:對帶有串?dāng)_的子帶信號頻譜在距離向匹配濾波，獲得距離壓縮后的子帶信號頻譜； 步驟S13:對子帶信號頻譜在距離頻域補(bǔ)零，獲得距離向升采樣的子帶信號頻譜； 步驟S14:對子帶信號頻譜做逆傅里葉變換，獲得時域子帶信號，對時域子帶信號乘以對應(yīng)的頻移函數(shù)，獲得頻移后的時域子帶信號； 步驟S15:將頻移后的時域子帶信號相干疊加，獲得帶有串?dāng)_的子帶信號合成后的距離向脈沖響應(yīng)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述距離向脈沖響應(yīng)模型表示如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述子帶合成仿真分析處理的步驟包括: 步驟S21:根據(jù)信號頻譜的吉布斯效應(yīng)，構(gòu)建帶有串?dāng)_的兩子帶基帶脈沖信號；步驟S22:對兩子帶基帶脈沖信號進(jìn)行子帶合成，檢測子帶合成信號中的假目標(biāo)，獲得假目標(biāo)的幅度； 步驟S23:改變兩子帶基帶脈沖信號的子帶帶寬和頻譜交疊度，獲得不同帶寬、不同交疊度下的假目標(biāo)幅度； 步驟S24:繪出假目標(biāo)幅度與頻譜交疊度的關(guān)系曲線，得到的關(guān)系曲線示出:子帶帶寬越大，吉布斯效應(yīng)引起的假目標(biāo)幅度越小；子帶頻譜的交疊度越大，假目標(biāo)幅度越大，由此得到的假目標(biāo)幅度與脈沖響應(yīng)模型中的假目標(biāo)幅度越接近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述利用多子帶單發(fā)單收實(shí)測數(shù)據(jù)模擬多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)的步驟如下: 步驟S31:對一個子帶數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的方位延時，對方位延時后的子帶數(shù)據(jù)降采樣，獲得這個子帶的一發(fā)多收數(shù)據(jù)； 步驟S32:對其它的子帶數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的方位延時，對方位延時后的子帶數(shù)據(jù)降采樣，獲得其它子帶的一發(fā)多收數(shù)據(jù)； 步驟S33:結(jié)合所有子帶的一發(fā)多收數(shù)據(jù)，并加入串?dāng)_頻譜分量，獲得模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)； 步驟S34:對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，獲得帶有串?dāng)_的實(shí)測數(shù)據(jù)圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述合成孔徑雷達(dá)中子帶串?dāng)_對成像性能影響的分析方法，其特征在于，對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像的步驟包括: 步驟S3a:對單個子帶的一發(fā)多收數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道重建，獲得單子帶的方位向均勻分布數(shù)據(jù)； 步驟S3b:對齊各子帶方位向均勻分布數(shù)據(jù)的等效相位中心； 步驟S3c:對等效相位中心對齊后的子帶數(shù)據(jù)進(jìn)行子帶合成，得到子帶合成后的數(shù)據(jù)；步驟S3d:對子帶合成數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)成像，獲得子帶串?dāng)_對模擬的多子帶多發(fā)多收實(shí)測數(shù)據(jù)成像性能影響的信息。
【文檔編號】G01S7/41GK103760545SQ201410019949
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】羅繡蓮, 鄧云凱, 王宇, 徐偉, 郭磊, 王偉, 陳倩, 馮錦 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所