多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法。該方法利用條帶合成孔徑雷達(dá)方式錄取地物場(chǎng)景多角度散射回波數(shù)據(jù)可突破場(chǎng)景受限約束的優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)采用不同方位指向的多個(gè)發(fā)射/接收天線，形成多個(gè)天線照射波束，發(fā)射并接收具有正交編碼特性的脈沖信號(hào)，以條帶方式錄取同一場(chǎng)景或目標(biāo)的多個(gè)視角散射回波數(shù)據(jù)，并通過(guò)成像處理方法獲取包含多角度散射信息的大范圍的、連續(xù)的目標(biāo)條帶場(chǎng)景二維微波圖像，適用于對(duì)散射特性隨方位角變化的目標(biāo)場(chǎng)景如建筑物進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)。
【專利說(shuō)明】多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]條帶式合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取方式通常采用單一天線波束以正側(cè)視或斜視方式照射目標(biāo)場(chǎng)景，以條帶方式錄取場(chǎng)景內(nèi)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)。由于大部分目標(biāo)尤其是人造目標(biāo)如建筑物存在較復(fù)雜的邊、角結(jié)構(gòu)，因而具有隨方位視角變化的散射特性，而傳統(tǒng)的條帶合成孔徑雷達(dá)波束方位指向固定，只能獲取包含目標(biāo)固定方位視角散射特性的回波數(shù)據(jù)。
[0003]為了獲取目標(biāo)場(chǎng)景多角度的散射特性，國(guó)內(nèi)外就圓跡合成孔徑雷達(dá)和寬角合成孔徑雷達(dá)獲取目標(biāo)多角度散射特性數(shù)據(jù)展開(kāi)了一些研究(Lin, Yun, et al." Airbornecircular SAR imaging:Results at P-band." 2012IEEE International Geoscienceand Remote Sensing Symposium(IGARSS), 2012 ；Qi, Liu, et al." Study on SAR imageformation for aspect-dependent scatterers." 2nd Asian-Pacific Conference onSynthetic Aperture Radar, 2009.APSAR2009.ffiEE，2009.)，但是圓跡合成孔徑雷達(dá)和寬角合成孔徑雷達(dá)都是針對(duì)某一范圍受限的地物場(chǎng)景以圓/曲線軌跡和聚束方式獲取回波數(shù)據(jù)，具有一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技 術(shù)問(wèn)題
[0005]鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)散射特性隨方位角變化的地物場(chǎng)景如建筑物進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)，獲取大范圍的、連續(xù)的目標(biāo)條帶場(chǎng)景二維微波圖像。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法包括:步驟A:在雷達(dá)平臺(tái)上沿方位向X，設(shè)置一列共N個(gè)收發(fā)共用方式的發(fā)射/接收天線Tx, ,/Rx,,，令雷達(dá)平臺(tái)以速度V沿方位向進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，其中，Tx,i表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在發(fā)射天線狀態(tài)，Rx,i表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在接收天線狀態(tài)，i = 1,2,...，N ;步驟B:雷達(dá)平臺(tái)沿方位向X每運(yùn)動(dòng)V/PRF間隔，N個(gè)發(fā)射/接收天線Tx, ,/Rx, i就進(jìn)行一次發(fā)射接收過(guò)程，N個(gè)接收天線分別接收到的散射回波數(shù)據(jù)經(jīng)處理后構(gòu)成原始回波數(shù)據(jù)集R:
[0008]R= Ir1 ( η , t ; Θ 丄，Δ ΘTi ( n , t ； Θ j, Δ θ ),...rN( n , t ； θ Ν, Δ θ )}
[0009]其中，rjna ; θ ρ Λ θ)是第i個(gè)接收天線Rxi接收到的散射回波數(shù)據(jù)經(jīng)由下變頻和AD采樣后的數(shù)據(jù)，PRF為雷達(dá)工作的脈沖重復(fù)頻率；步驟C:對(duì)原始回波數(shù)據(jù)集R中對(duì)應(yīng)每個(gè)接收天線Rx,i的二維回波數(shù)據(jù)部分A ( η，t ; Θ y Λ θ )，根據(jù)正交編碼的方式解調(diào)分
離出僅由發(fā)射天線Tx,,發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)散射后被接收天線Rx, i接收的部分(?υ\θη/\θ)，形成新的回波數(shù)據(jù)集 R，其中 R = { ,H ".": 3,Λ 沒(méi)),.彳(:Λ(/: θχ, Λ 沒(méi))};
步驟D:對(duì)新回波數(shù)據(jù)集&中每個(gè)分離后的二維數(shù)據(jù)使用二維成像算法進(jìn)
行成像處理，得到N個(gè)同一目標(biāo)區(qū)域的條帶二維微波圖像&(1，y^i，Δ Θ)，形成圖像集G:
[0010]G= {gi(x, y ; Θ i, Δ Θ ) ,...gi (χ, y ； Θ J, Δ θ ) ,...gN(x, y ； θ J, Δ θ )}
[0011]步驟E:對(duì)圖像集G中的N個(gè)同一目標(biāo)區(qū)域的條帶二維微波圖; θ ρ Δ θ )
進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)后圖像集0.[0012]G = (j, >'； O1, Αθ),..(j5 J/; Θ,ΛΘ),...gN (JC5 7； θ:, Δ0)}；以及步驟F，
使用多角度信息融合與提取方法在配準(zhǔn)后圖像集?中提取目標(biāo)條帶場(chǎng)景散射角范圍
[Θν-Δ θ/2, Θ1+Δ θ /2]的多角度散射信息，由該多角度散射信息得到目標(biāo)條帶場(chǎng)景二維微波圖像M (X，y)。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法具有以下有益效果:
[0015](I)通過(guò)采用不同方位指向的多個(gè)發(fā)射/接收天線，形成多個(gè)天線照射波束，克服了傳統(tǒng)條帶合成孔徑雷達(dá)波束方位指向固定、獲取的散射數(shù)據(jù)角度信息單一的局限性，能夠獲取目標(biāo)場(chǎng)景散射點(diǎn)多角度的散射信息，散射信息更豐富。
[0016](2)對(duì)多角度散射數(shù)據(jù)的獲取是通過(guò)條帶方式進(jìn)行，相比于圓跡合成孔徑雷達(dá)和寬角合成孔徑雷達(dá)等其它多角度數(shù)據(jù)獲取方式地物場(chǎng)景范圍受限的情況，能夠獲取包含多角度散射信息的大范圍的、連續(xù)的目標(biāo)條帶場(chǎng)景二維微波圖像。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取方法的流程圖；
[0018]圖2為多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的示意圖；
[0019]圖3為雷達(dá)天線與波束的示意圖；
[0020]圖4為建筑物目標(biāo)被不同視角波束照射示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]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(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]本發(fā)明利用條帶合成孔徑雷達(dá)方式錄取地物場(chǎng)景多角度散射回波數(shù)據(jù)可突破場(chǎng)景受限約束的優(yōu)點(diǎn)，在雷達(dá)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)采用不同方位指向的多個(gè)發(fā)射/接收天線，形成多個(gè)天線照射波束，發(fā)射并接收具有正交編碼特性的脈沖信號(hào)，以條帶方式錄取同一場(chǎng)景或目標(biāo)的多個(gè)視角散射回波數(shù)據(jù)，并通過(guò)成像處理方法獲取包含多角度散射信息的大范圍的、連續(xù)的目標(biāo)條帶場(chǎng)景二維微波圖像，適用于對(duì)散射特性隨方位角變化的目標(biāo)場(chǎng)景如建筑物進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)。
[0023]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取方法的流程圖，其中X、Y和Z代表成像目標(biāo)區(qū)域三維空間直角坐標(biāo)軸，其中X沿雷達(dá)平臺(tái)的航跡方向，為方位向，Y為距離向，Z為高程向；x、y和Z分別表示沿坐標(biāo)軸的坐標(biāo)值。如圖1所示，本實(shí)施例多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取方法包括:
[0024]步驟A:在雷達(dá)平臺(tái)上沿方位向X，設(shè)置一列共N個(gè)收發(fā)共用方式的發(fā)射/接收天線Tx,i/Rx,i，其中，i = 1,2,..., N, Tx,i表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在發(fā)射天線狀態(tài)，Rx,i表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在接收天線狀態(tài)，令雷達(dá)平臺(tái)以速度V沿方位向進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)；
[0025]本實(shí)施例中，天線的形式可以為單一喇叭天線，也可以是微帶天線構(gòu)成天線子陣；
[0026]步驟B:雷達(dá)平臺(tái)沿方位向X每運(yùn)動(dòng)V/PRF間隔，N個(gè)發(fā)射/接收天線Tx, ,/Rx,,就進(jìn)行一次發(fā)射接收過(guò)程，形成原始回波數(shù)據(jù)集R，其中，該原始二維回波數(shù)據(jù)R包含同一目標(biāo)被多個(gè)波束以不同視角照射后的散射信息，PRF是雷達(dá)工作的脈沖重復(fù)頻率；
[0027]圖2為多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的示意圖，圖中以五個(gè)不同指向波束為例。圖3為雷達(dá)天線與波束的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2和圖3，本步驟B中，對(duì)于一次的發(fā)射接收過(guò)程，包括:
[0028]子步驟BI，在慢時(shí)間采樣時(shí)刻η，N個(gè)發(fā)射天線形成不同方位指向Q1,...Qi,...ΘΝ，波束寬度Λ Θ的N個(gè)天線波束；
[0029]其中Θ i為第i個(gè)天線照射波束的波束中心指向角，Λ Θ為其波束寬度，滿足Θ i=Θ 1-1-Δ Θ , i = 1,2,..., N, Θ j > O表示前視，QiCO表示后視,這樣形成總的視角范圍Θ e [-1 Θ」-Λ θ/2，Θ1+Δ Θ/2],ΘΝ*別為第I個(gè)發(fā)射/接收天線和第N個(gè)發(fā)射/接收天線的方位指向；
[0030]子步驟B2，N個(gè)發(fā)射天線分別發(fā)射具有正交編碼特性的脈沖信號(hào)
Si(t) ?...Si(t)，...Sn(t);
[0031]其中，Si⑴表示第i個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的脈沖信號(hào)，t表示回波數(shù)據(jù)的快時(shí)間坐標(biāo)，脈沖信號(hào)81(0，...Si(t)，...sN(t)被相應(yīng)的發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射，且具有正交編碼特性，即:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種多角度合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的方法，其特征在于，包括: 步驟A:在雷達(dá)平臺(tái)上沿方位向X，設(shè)置一列共N個(gè)收發(fā)共用方式的發(fā)射/接收天線Tx,i/Rx, i，令雷達(dá)平臺(tái)以速度V沿方位向進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，其中，Tx, i表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在發(fā)射天線狀態(tài)，R5ili表示第i個(gè)收發(fā)共用天線工作在接收天線狀態(tài)，i = 1,2,...,N； 步驟B:雷達(dá)平臺(tái)沿方位向X每運(yùn)動(dòng)V/PRF間隔，N個(gè)發(fā)射/接收天線Tx, ,/Rx,,就進(jìn)行一次發(fā)射接收過(guò)程，N個(gè)接收天線分別接收到的散射回波數(shù)據(jù)經(jīng)處理后構(gòu)成原始回波數(shù)據(jù)集R:
R= Ir1 ( η , t ; Θ P Δ ΘTi ( n , t ； Θ j, Δ Θ )，...rN( η , t ; Θ N，Δ θ )} 其中，ri(n，t ; Qi, Δ Θ)是第i個(gè)接收天線Rx, i接收到的散射回波數(shù)據(jù)經(jīng)由下變頻和AD采樣后的數(shù)據(jù)，PRF為雷達(dá)工作的脈沖重復(fù)頻率； 步驟C:對(duì)原始回波數(shù)據(jù)集R中對(duì)應(yīng)每個(gè)接收天線Rx, i的二維回波數(shù)據(jù)部分ri(n,Δ Θ)，根據(jù)正交編碼的方式解調(diào)分離出僅由發(fā)射天線Tx,i發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)散射后被接收天線Rx, i接收的部分0，ΠΔ(9)，形成新的回波數(shù)據(jù)集R，其中
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中每一次發(fā)射接收過(guò)程包括: 子步驟BI，在慢時(shí)間采樣時(shí)刻η，N個(gè)發(fā)射天線形成不同方位指向波束寬度△ Θ的N個(gè)天線波束； 子步驟B2，N個(gè)發(fā)射天線分別發(fā)射具有正交編碼特性的脈沖信號(hào)Si (t) ?...Si(t)，...Sn(t); 子步驟B3，N個(gè)接收天線Ru，...Rx,i，...RX,N同時(shí)接收同一場(chǎng)景或目標(biāo)的所述脈沖信號(hào)的散射回波數(shù)據(jù)；以及 子步驟B4，將每個(gè)接收天線所接收的散射回波數(shù)據(jù)進(jìn)行下變頻和AD采樣，并將結(jié)果保存到原始回波數(shù)據(jù)集R中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述N個(gè)發(fā)射/接收天線?^/Ru就進(jìn)行發(fā)射接收過(guò)程持續(xù)的時(shí)間T滿足:
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述具有正交編碼特性的脈沖信號(hào)Si (?)，...SiJ (?)，...Sn (?)倆足:
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第i個(gè)接收天線接收到的回波數(shù)據(jù)經(jīng)由下變頻和AD采樣后的數(shù)據(jù)A ( η，t ; Θ P Λ Θ )為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟D中的二維成像算法為距離多普勒算法、Chirp-Scaling算法或距離徙動(dòng)算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟E中圖像配準(zhǔn)的方法為相關(guān)系數(shù)法或相干系數(shù)法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射/接收天線為單一喇口八天線或微帶天線構(gòu)成天線子陣。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103954964SQ201410217041
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】王彥平, 韓闊業(yè), 林赟, 洪文, 王衛(wèi)延 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所