專利名稱：一種構(gòu)建雙站線陣三維成像合成孔徑雷達系統(tǒng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及了合成孔徑雷達(SAR)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維成像是三維成像合成孔徑雷達(SAR)區(qū)別于其他遙感成像系統(tǒng)的重要 特征，由于其測繪范圍廣、全天候、全天時的特點，在地形測繪、環(huán)境檢測、災 害預報等方面具有廣闊的應用前景。
當前關(guān)于三維SAR技術(shù)的相關(guān)系統(tǒng)主要包括干涉SAR (InSAR)系統(tǒng)、曲線 SAR (CSAR)系統(tǒng)和線陣SAR (LASAR)系統(tǒng)。干涉SAR系統(tǒng)是一種利用天線在不 同角度而獲取的同一觀測區(qū)域的兩個或多個觀測數(shù)據(jù)干涉而得到的數(shù)字高程的 三維SAR系統(tǒng)，但由于其不具備第三維分辨能力，該系統(tǒng)從理論上就不能提供精 確的三維重建。曲線SAR系統(tǒng)是設(shè)定運動平臺在三維空間內(nèi)的飛行路徑而重建場 景三維信息的一種三維SAR系統(tǒng)，但由于其天線的相位中心運動軌跡的控制精度 低，且難以獲取任意設(shè)定的飛行路徑，其系統(tǒng)本身束縛了該系統(tǒng)的廣泛應用。對 于當前的研究熱點單站實線陣SAR系統(tǒng)，雖然它能克服了曲線SAR的缺點，但由 于該系統(tǒng)的實線陣是一個全陣元激勵陣，其存在功率消耗大，數(shù)據(jù)處理量大，且 陣元間的耦合不可避免的缺點，另外其還存在如文獻Tsz-King Chan, Yasuo Kuga, "Experimental studies on circular SAR imaging in clutter using angular correlation function technique"中所提到的當差分距離史小于分辨率時存在 的成像模糊問題，該系統(tǒng)也在一定程度上受到成像地形的制約。
現(xiàn)有的雙站三維SAR系統(tǒng)是一種將發(fā)射機固定于發(fā)射平臺上，接收機固定于 接收平臺上，且接收平臺按照設(shè)定的曲線軌跡運動，從而獲取測繪場景三維信息。 該系統(tǒng)的工作模型如附圖l所示，從該系統(tǒng)的模型可知，由于該系統(tǒng)的接收平臺 是沿設(shè)定的曲線軌跡運動，其天線相位中心的控制精度低及運動平臺誤差顯著仍 是一個難以克服的缺點，且其同樣難以實現(xiàn)接收軌跡的任意路徑飛行，但由于其 繼承了雙站合成孔徑雷達的優(yōu)點，如B.D. Rigling and R. L. Moses, "Flight path strategies for 3-D scene reconstruction from bistatic SAR，， IEE proceedings Radar Sonar Navig. ， vol. 151 No 3. pp. 149 - 157, June. 2004. 中提到的反隱身、目標的散射信息豐富、雷達橫截面積增加等等，該系統(tǒng)也成 為當前三維SAR的一個研究熱點。
上述系統(tǒng)從本質(zhì)上存在著天線的相位中心運動軌跡的控制精度低、難以獲取 任意設(shè)定的飛行路徑、功率消耗大、數(shù)據(jù)處理量大、陣元間的耦合不可避免等缺 點。根據(jù)發(fā)明了解，當前還沒有一種完備的三維SAR系統(tǒng)，具備天線相位中心控
5制精度高、能獲取任意曲線軌跡下的回波、且回波數(shù)據(jù)的運算量小等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達(BLASAR)系統(tǒng) 的方法，按照本發(fā)明方法構(gòu)建的雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)具有單站線陣三 維SAR天線相位中心控制精度高優(yōu)點及現(xiàn)有雙站三維合成孔徑雷達的優(yōu)點，它 采用單饋元激勵方式，大大降低了功率消耗和硬件的復雜度，克服了距離模糊效 應，實現(xiàn)了觀測場景的三維成像。
為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語定義
定義l、雙站三維成像合成孔徑雷達理論分辨率
雙站三維合成孔徑雷達理論分辨率是指根據(jù)雙站三維合成孔徑雷達系統(tǒng)參 數(shù)，包括發(fā)射信號帶寬，合成孔徑長度以及線陣天線長度決定的三維合成孔徑雷 達所能達到的最大分辨率。詳見文獻"雙站合成孔徑雷達成像原理"，湯子躍等 編著，科學出版社出版。
定義2、三維合成孔徑雷達數(shù)據(jù)空間
三維合成孔徑雷達數(shù)據(jù)空間是指三維合成孔徑雷達回波數(shù)據(jù)所構(gòu)成的回波 信號空間。
定義3、三維合成孔徑雷達成像空間
三維合成孔徑雷達成像空間是指運用成像算法由三維合成孔徑雷達數(shù)據(jù)空 間所得到的三維合成孔徑雷達的圖像空間。 定義4、距離史、距離門及距離模糊效應 距離史是指收發(fā)天線相位中心到場景中散射點的距離之和。 距離門是指對應距離史的回波數(shù)據(jù)在整個回波數(shù)據(jù)中的位置。 距離模糊效應是指對于三維合成孔徑雷達成像場景中的兩個點3，g ，當兩
個點的距離史之差小于三維合成孔徑雷達的信號分辨率時，這兩個點的回波數(shù)據(jù) 將產(chǎn)生距離模糊，從而導致成像空間的重建失敗，我們稱這種原因所引起的現(xiàn)象 為距離模糊效應。詳見文獻"雷達系統(tǒng)"，向敬誠等編著，電子科技大學出版社 出版。
定義5、合成孔徑雷達標準距離壓縮方法
合成孔徑雷達標準距離壓縮方法是指利用合成孔徑雷達發(fā)射信號參數(shù)，釆用以下公式生成參考信號，并采用匹配濾波技術(shù)對合成孔徑雷達的距離向信號進行 濾波的過程。
/(0 = exp(,;r.#.,2)
其中，/W為參考函數(shù)，5為雷達發(fā)射基帶信號的信號帶寬，；為雷達發(fā)射
信號脈沖寬度，/為自變量，取值范圍從-^到^，詳見文獻"雷達成像技術(shù)"，
2 2
保諍等編著，電子工業(yè)出版社出版。
定義6、雙站三維合成孔徑雷達標準辛格插值方法
雙站三維合成孔徑雷達標準辛格插值方法是指對于一個帶限信號，在滿足采 樣定理的情況下，采用巻積核為sinc的函數(shù)/z(:c), A(;c)的采樣點數(shù)即窗長為『。
/; (jc) = sin c (x) = ^ (訂)
進行對已離散的信號&(/)插值，得到插值后所要的信號
gW=Sg</Wsinc(x-0
其中，x為插值后信號的自變量，/為插值前信號的自變量。 詳見文獻"雷達成像技術(shù)"，保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版。
定義7、空間同步、頻率同步與時間同步
空間同步是指在雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)中，發(fā)射波束與接收波束必 須同時照射目標，以使得能夠完成一個孔徑內(nèi)回波數(shù)據(jù)得接收。
頻率同步是指雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)得發(fā)射機與接收機采用的兩 個獨立的頻率源必須穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，以達到回波數(shù)據(jù)的準確采集。
時間同步是指雙站線陣三維合成孔徑雷達的發(fā)射機與接收機所采用的兩個 時鐘源必須保持協(xié)調(diào)一致，以達到回波數(shù)據(jù)的準確采集。
定義8、測繪場景離散化散射點
測繪場景離散化散射點是指根據(jù)雙站線陣三維合成孔徑雷達的系統(tǒng)分辨率 要求對測繪帶內(nèi)的連續(xù)場景離散成一個個的像素點，這些像素點就是要成像的散
射點。 ，
定義9、飛行孔徑與慢時間
7雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的飛行孔徑是指對于測繪場景中的一個散 射點從收發(fā)波束共同照射到開始到發(fā)射波束或接收波束任意一個照射不到結(jié)束 收發(fā)波束中心所走過的距離。
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的慢時間是指收發(fā)平臺飛過一個飛行孔徑
所需要的時間，由于雷達以一定的重復周期7;發(fā)射接收脈沖，慢時間可以表示為 一個離散化的時間變量^ = "7;， w-i…w， iv為一個飛行孔徑內(nèi)慢時間的離散 個數(shù)。
定義io、線陣離散分布位置
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)線陣離散分布位置是指在一個飛行孔徑內(nèi) 線陣接收機的控制開關(guān)所打開的饋元在線陣上所處的位置。
本發(fā)明提供一種構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達(BLASAR)系統(tǒng)的方法， 它包括如下步驟
步驟h發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)建
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)是將發(fā)射機安置于發(fā)射平臺上
組成發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射機發(fā)射帶寬為s、脈寬為7;、方位波束角為&、水平波束
角為^的線性調(diào)頻信號，發(fā)射機發(fā)射的線性調(diào)頻信號以尸及F的頻率在載頻,上
發(fā)射，戶i^為脈沖重復頻率；發(fā)射平臺以恒矢量速度巧飛行，其初始化飛行高
度為i/,。；
步驟2:線陣接收機構(gòu)建
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收平臺上的線陣接收機包括以下部分一 臺接收機， 一個控制開關(guān)，M條饋線2和M個線陣饋元3， M是自然數(shù)，M的 大小由雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)一個飛行孔徑內(nèi)脈沖重復頻率的個數(shù)決 定，如附圖2所示；控制開關(guān)通過M條饋線2和M個線陣饋元3相連， 一條饋 線2僅與一個饋元3相連，線陣接收機和控制開關(guān)相連，從而實現(xiàn)接收機和饋元 相連；線陣1的長度為Z，丄的大小由雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)要獲取的 分辨率決定；在一個飛行孔徑內(nèi)，控制開關(guān)控制在每一個慢時間"，打開一個 線陣饋元3，且在每一個慢時間"僅有指定的一個線陣饋元被打開，其余都關(guān)閉，其中，"-l…W， iV為散射點氣在一個飛行孔徑內(nèi)的慢時間總個數(shù)；每一個線
陣饋元3都保持與發(fā)射機空間同步、頻率同步和時間同步，線陣饋元3的方位波 束角為0二， z、l…M，水平波束角分別為《，！、1…M, M為線陣饋元3的個
數(shù)；線陣接收機的接收波門為7;，采樣頻率為/;;
步驟3:接收系統(tǒng)構(gòu)建
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收系統(tǒng)是將線陣接收機安置于接收平臺 上，線陣接收機沿接收平臺運動方向的垂直方向放置；線陣接收機和發(fā)射機實施 空間同步、頻率同步和時間同步；接收平臺以恒矢量速度^運動，接收平臺的
初始化飛行高度為i/,。；
接收系統(tǒng)中的線陣接收機對發(fā)射機發(fā)射到測繪場景后的回波進行數(shù)據(jù)接收， 雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的線陣接收機接收到的回波數(shù)據(jù)為A;
接收平臺和發(fā)射平臺的飛行幾何結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3所示； 步驟4:回波數(shù)據(jù)距離壓縮
采用合成孔徑雷達標準距離壓縮方法對合成孔徑雷達距離向回波數(shù)據(jù)&進
行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達數(shù)據(jù)，記做&; 步驟5:距離壓縮后數(shù)據(jù)插值、重采樣
對成像場景中的一個散射點& ，計算發(fā)射機天線相位中心在慢時間"到散射
點^的距離《(";^)和線陣接收機在慢時間"到散射點^的距離《(";^)，這 里"=1...#， iV為散射點^在一個飛行孔徑內(nèi)的慢時間總個數(shù)，z、l…M。， M。
為散射點^在一個飛行孔徑內(nèi)第"慢時間控制開關(guān)打開的饋元在線陣上的位置， 把計算得到的距離《(";P")與《(";&)相加，得到慢時間"處散射點&的雙站距
離史i (";^);
采用標準辛格插值重采樣方法得到一個窗長為『。的辛格函數(shù)M"，其中 /^) = SinC(:c) = ^^，窗長『。是A(:c)的采樣點數(shù)，窗長『。根據(jù)插值重采樣的要求選定；
從距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達數(shù)據(jù)&中取第w個慢時間 的距離史所在距離門的窗長為『。的數(shù)據(jù)，得到用于插值重采樣的數(shù)據(jù)，采用標 準辛格插值方法對插值重采樣的數(shù)據(jù)進行插值，得到插值重采樣后的數(shù)據(jù)C"，
我們定義上述過程為一個慢時間的插值重采樣。
采用標準辛格插值重采樣的方法，對每一個慢時間進行插值重采樣，得到一 個孔徑內(nèi)每一個慢時間的插值重采樣后的數(shù)據(jù)C"，"-1……7V， 7V為一個飛行孔
徑內(nèi)散射點^的慢時刻的個數(shù)；
步驟6:插值重采樣后數(shù)據(jù)沿慢時間相干求和
根據(jù)補償相位因子的計算公式夂(")=6邵|/2"義^^1}，計算一個飛行
孔徑內(nèi)散射點^在每一個慢時間"應補償?shù)南辔灰蜃印?")，得到每一個慢時間 "的補償相位因子，這里及(";^)為對應的雙站距離史，"=1……W， 〃為一個
飛行孔徑內(nèi)散射點^的慢時刻的個數(shù)，c為光速；
將步驟5中所得到的插值重采樣后的數(shù)據(jù)C"與它對應的慢時間"的補償相 位因子K(")相乘，得到相位補償后的數(shù)據(jù)4;把每一個慢時間相位補償后的數(shù)
據(jù)4相加得到成像后點^的后向散射系數(shù) ，即^ = !]4;
步驟7:全場景成像 重復步驟5與步驟6，對測繪場景中離散化的每一個散射點進行成像，得到整 個測繪場景的全場景成像；成像場景中每個像素點所對應的后向散射矩陣為o。 需要說明的是
(1) 步驟5 步驟7的成像過程為三維后向投影算法，其算法示意方框圖 如附圖4所示；
(2) 雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的收發(fā)平臺雖然是以常速度矢量運動，
為了獲取最優(yōu)的分辨率，收發(fā)平臺的幾何結(jié)構(gòu)按照平飛模式飛行，但該系統(tǒng)同樣適用于于移變雙站線陣三維合成孔徑雷達的情況。有關(guān)雙站幾何結(jié)構(gòu)的分析詳見 文獻"雙站合成孔徑雷達成像原理"，湯子躍等編著，科學出版社出版。
(3)在實際的應用中，根據(jù)不同的收發(fā)平臺運動幾何結(jié)構(gòu)，線陣接收機的 方向應按照不同情況進行調(diào)整以獲得最優(yōu)的沿線陣維的分辨率。 一般地，我們選 擇平飛幾何結(jié)構(gòu)，線陣沿橫向裝置于接收平臺上。
本發(fā)明的實質(zhì)是為了克服現(xiàn)有三維SAR系統(tǒng)天線的相位中心運動軌跡的 控制精度低、難以獲取任意設(shè)定的飛行路徑、功率消耗大、數(shù)據(jù)處理量大、陣元 間的耦合不可避免等缺點，雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)是利用合成孔徑雷達 的原理，結(jié)合線陣三維合成孔徑雷達天線相位中心控制精度高和現(xiàn)有雙站合成孔 徑雷達系統(tǒng)反隱身、目標的散射信息豐富、雷達橫截面積增加等特點，利用雙站 合成孔徑雷達系統(tǒng)與線陣系統(tǒng)相結(jié)合的特點，達到了利用較低的硬件成本，實現(xiàn) 了小數(shù)據(jù)處理量的雙站線陣合成孔徑雷達三維成像。
本發(fā)明工作原理由于雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的收發(fā)平臺是以常矢 量速度運動，其運動軌跡的控制精度較曲線SAR有很大的提高，且平臺的運動 誤差大大減?。辉撓到y(tǒng)的接收裝置僅有一臺接收機和由此接收機而引出的線陣饋 元組成，與單站實線陣三維SAR模型相比，大大節(jié)約了硬件成本；在每個脈沖 重復間隔，線陣饋元僅有一個打開進行回波數(shù)據(jù)的接收，其數(shù)據(jù)處理量小，大大 降低了后期成像處理的運算量，且避免了實線陣中接收陣元之間的耦合；線陣饋 元由控制開關(guān)進行控制，在一個飛行孔徑內(nèi)，通過控制開關(guān)的控制，可以設(shè)定任 意的天線相位中心分布模式，從而可以實現(xiàn)接收機的任意曲線接收軌跡。由于雙 站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)實行雙站幾何機構(gòu)的工作模式，雙站線陣三維合成 孔徑雷達系統(tǒng)也繼承了雙站三維合成孔徑雷達的優(yōu)點，且由于雙站結(jié)構(gòu)下的工作 模式相對測繪場景有一定的波束照射傾角，對于僅有平地組成的平面地形，降低 了回波數(shù)據(jù)的距離模糊效應。另外，由于線陣饋元開關(guān)的開關(guān)模式是由系統(tǒng)設(shè)計 人員事先設(shè)定，對于不知道其開關(guān)模式的干擾機很難對其實施干擾，這也大大提 高了接收平臺的抗干擾特性。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于針對當前的三維合成孔徑雷達系統(tǒng)所不可克服的相位 中心運動軌跡的控制精度低、難以獲取任意設(shè)定的飛行路徑、功率消耗大、數(shù)據(jù) 處理量大、陣元間的耦合等缺點，提出了一種新的三維合成孔徑雷達系統(tǒng)，與現(xiàn)有的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)雙站合成孔徑雷達系統(tǒng)優(yōu)點的同時還具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、 功耗低、無陣元耦合等優(yōu)點，并且實現(xiàn)了雙站線陣三維合成孔徑雷達的三維成像。 本發(fā)明的優(yōu)點在于利用較低的硬件成本，實現(xiàn)了小數(shù)據(jù)處理量的雙站線陣三 維合成孔徑雷達成像，與現(xiàn)有的單站實線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)相比，其數(shù)據(jù) 處理量僅相當于實線陣陣元數(shù)分之一。本發(fā)明可以應用于合成孔徑雷達成像，地 球遙感等領(lǐng)域。 ，，


圖1是現(xiàn)有的雙站曲線SAR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
其中，Tx表示發(fā)射機天線相位中心，Rx為接收機天線相位中心，e、 g分
別為發(fā)射平臺、接收平臺的速度矢量，^為三維測繪場景中的一個散射點；
圖2是雙站線陣三維成像合成孔徑雷達系統(tǒng)接收機的線陣天線結(jié)構(gòu)框圖其 中1為線陣，2為饋線，3為饋元；
圖3是本發(fā)明模型采用的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達飛行幾何關(guān)系圖 其中，PRI表示脈沖重復周期，Tx表示發(fā)射機天線相位中心，Rx-APC表示
第i個接收機天線相位中心，^為三維測繪場景中的一個散射點，《(";^0表示 發(fā)射機天線相位中心距離散射點^的距離，/U",/;^0表示線陣接收機第i個雷 達接收天線距離散射點5的距離，("，v，)為散射點l的坐標系，b,y，z)為載機 平臺的坐標系，巧、g為發(fā)、收平臺速度矢量，《、《為發(fā)、收天線相位中心
對散射點^的俯視角；
圖4是本發(fā)明的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達三維成像處理方框圖 其中，通道i表示接收機線陣天線第i個天線的回波數(shù)據(jù)，z'-l，…，M。 M表 示天線通道總數(shù)，Pi F表示雷達脈沖重復頻率，"表示雷達發(fā)射脈沖f， 《(w;^vO表示發(fā)射機天線相位中心距離散射點^^的距離，iU",^禪)表示線陣 接收機第i個雷達接收天線距離散射點F,的距離，("，v，MO為散射點的坐標；收
發(fā)天線相位中心可以由系統(tǒng)的初始化參數(shù)計算；三維成像空間為定義3描述的線 陣三維合成孔徑雷達成像空間；距離壓縮為定義5描述的合成孔徑雷達標準距離壓縮方法；插值/重采樣以及相干累加為三維后向投影成像方法的標準方法。
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)成像仿真采用的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達系統(tǒng)參
數(shù)表
圖6是本發(fā)明的三維點目標成像結(jié)果圖
其中橫坐標為垂直于航跡的方向，即切航跡方向，縱坐標為沿航跡方向，垂 直坐標為高度向；該圖是利用門限檢測技術(shù)檢測后的點目標成像結(jié)果圖。
圖7是本發(fā)明所構(gòu)建的雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)框圖
具體實施例方式
本發(fā)明主要采用仿真實驗的方法進行驗證該系統(tǒng)模型的可行性，所有步驟、 結(jié)論都在VC +十、MATLAB7.0上驗證正確。具體實施步驟如下 步驟h發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)建
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)是將發(fā)射機安置于發(fā)射平臺上 組成發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射機發(fā)射帶寬為750MHz，脈寬為0.1E-6s,方位波束角為2 度，水平波束角為30度的線性調(diào)頻信號，發(fā)射機發(fā)射的線性調(diào)頻信號以1200Hz 的脈沖重復頻率在載頻lOGHz上發(fā)射。發(fā)射平臺以恒矢量速度[O IOOO]飛行，速 度單位為m/s，其初始化飛行高度為2500m;
步驟2:線陣接收機構(gòu)建
雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收平臺上的線陣接收機包括以下部分一 臺接收機，控制開關(guān)，1000條饋線和1000個線陣饋元。其系統(tǒng)框圖如附圖2所 示，控制開關(guān)和接收機相連，控制開關(guān)通過1000條饋線和1000個線陣饋元相連， 一條饋線僅與一個饋元相連；線陣的長度為30。在一個飛行孔徑內(nèi)，控制開關(guān) 控制每一個慢時間"所打開的饋元的位置，"=1...2048，即N-2048，且在每一
個慢時間"僅有一個饋元被打開。每一個線陣饋元都保持與發(fā)射機空間同步、頻 率同步和時間同步，線陣饋元的方位波束角為2度，水平波束角分別為30度。 線陣接收機的接收波門為5E-6s，采樣頻率為1000E+6Hz。 步驟3:接收系統(tǒng)構(gòu)建
雙站錢陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收系統(tǒng)是將步驟2中的線陣接收機安置 于接收平臺上，線陣接收機沿接收平臺運動方向的垂直方向放置；線陣接收機和 步驟1中的發(fā)射機實施空間同步、頻率同步和時間同步，接收平臺以恒矢量速度
13
運動，接收平臺的初始化飛行高度為2000m;
線陣接收機按步驟2中的方式對發(fā)射機發(fā)射到測繪場景后的回波進行數(shù)據(jù)
接收，雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的線陣接收機接收到的回波數(shù)據(jù)為A 。 收發(fā)平臺的飛行幾何結(jié)構(gòu)圖見附圖3。
步驟4:初始化雙站線陣三維成像合成孔徑雷達成像系統(tǒng)參數(shù) 初始化的成像系統(tǒng)參數(shù)包括發(fā)射平臺與接收平臺速度矢量[O 100 0]，
，發(fā)射平臺與接收平臺初始位置矢量[-1400 0 2500]、 [-400 0 2000]，接收機
線陣天線各陣元相對平臺中心位置，記做^,，其中i為天線各陣元序號，為自然
數(shù)，/ = 0,1,...，1000，雷達發(fā)射基帶信號的信號帶寬，記做750MHz，雷達發(fā)射信
號脈沖寬度，記做0.1E-6s，雷達接收波門持續(xù)寬度，記做5E-6s，雷達接收系統(tǒng) 的采樣頻率，記做1000E+6Hz，雷達系統(tǒng)的脈沖重復頻率，記做1200Hz，接收系 統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號發(fā)射波門的延遲，記做3E-5s。上述參數(shù)均為雙站線 陣三維成像合成孔徑雷達系統(tǒng)的標準參數(shù),其中，雷達發(fā)射基帶信號的信號帶'寬， 雷達發(fā)射信號脈沖寬度，雷達接收波門持續(xù)寬度，雷達接收系統(tǒng)的采樣頻率，雷 達系統(tǒng)的脈沖重復頻率及接收系統(tǒng)接收波門相對于發(fā)射信號發(fā)射波門的延遲在 雙站線陣三維成像合成孔徑雷達設(shè)計過程中已經(jīng)確定；其中，發(fā)、收平臺速度矢 量及初始位置矢量在雙站線陣三維成像合成孔徑雷達觀測方案設(shè)計中巳經(jīng)確定；
本具體實施方式
所采用的系統(tǒng)參數(shù)詳見圖5。
步驟5:回波數(shù)據(jù)距離壓縮
采用合成孔徑雷達標準距離壓縮方法對合成孔徑雷達距離向回波數(shù)據(jù)A進
行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達數(shù)據(jù)，記做&。 步驟6:距離壓縮后數(shù)據(jù)插值、重采樣
對成像場景中的一個散射點^ ，計算發(fā)射機天線相位中心在慢時間"到散射 點^的距離i , 和線陣接收機在慢時間"到散射點^的距離i ;(";^),這 里"-l…2048, / = l...A/。， M。為散射點^在一個飛行孔徑內(nèi)第"慢時間控制開 關(guān)打開的饋元在線陣上的位置總數(shù)，把計算得到的距離《(";^)與《(";l)相加，得到慢時間"處散射點^的雙站距離史及(n;^);
根據(jù)標準辛格插值重采樣的要求得到一個窗長為8的辛格函數(shù)。 在第w個慢時間，從風中取回波數(shù)據(jù)中對應距離史所在距離門的窗長為8
的數(shù)據(jù)，采用標準辛格插值方法對這組數(shù)據(jù)進行插值，得到插值重采樣后的數(shù)據(jù) C 。
按照本步驟中上述的方法，在所有的慢時間，重復本步驟的上述過程，得到 一個孔徑內(nèi)所有慢時間的插值重采樣后的數(shù)據(jù)C ，" = 1……2048 。
步驟7:插值重采樣后數(shù)據(jù)沿慢時間相干求和
根據(jù)補償相位因子的計算公式K(w)-exp _/2;r/￡^^ ,計算一個飛行
孔徑內(nèi)散射點l在不同慢時間"應補償?shù)南辔灰蜃映逴O，這里及(";^)為對應 的雙站距離史，"=1……2048， c為光速。
將步驟5中所得到的插值重采樣后的數(shù)據(jù)c;與對應慢時間"的補償相位因
子《(w)相乘，得到相位補償后的數(shù)據(jù)4，把所有慢時間相位補償后的數(shù)據(jù)4相
步驟8:全場景成像
重復步驟5與步驟6，對測繪場景中離散化的所有散射點進行成像，得到整 個測繪場景的全場景成像；成像場景中每個像素點所對應的后向散射矩陣為o。
通過本發(fā)明具體實施方式
的仿真及測試，本發(fā)明所提供的雙站線陣三維合成 孔徑雷達系統(tǒng)模型能夠?qū)崿F(xiàn)了雙站線陣三維成像合成孔徑雷達成像，與現(xiàn)有的三 維合成孔徑雷達系統(tǒng)模型相比，本發(fā)明在克服現(xiàn)有系統(tǒng)缺點，繼承優(yōu)點的同時， 具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、無陣元耦合、數(shù)據(jù)處理量小等優(yōu)點。
加得到成像后點^的后向散射系數(shù) ，艮卩 =￡4。
1權(quán)利要求
1、一種構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的方法，其特征是它包括如下步驟步驟1發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的發(fā)射系統(tǒng)是將發(fā)射機安置于發(fā)射平臺上組成發(fā)射系統(tǒng)，發(fā)射機發(fā)射帶寬為B、脈寬為Tr、方位波束角為θta、水平波束角為θtc的線性調(diào)頻信號，發(fā)射機發(fā)射的線性調(diào)頻信號以PRF的頻率在載頻fc上發(fā)射，PRF為脈沖重復頻率；發(fā)射平臺以恒矢量速度 id="icf0001" file="A2008100459760002C1.tif" wi="2" he="5" top= "76" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>飛行，其初始化飛行高度為Ht0；步驟2線陣接收機構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收平臺上的線陣接收機包括以下部分一臺接收機，一個控制開關(guān)，M條饋線(2)和M個線陣饋元(3)，M是自然數(shù)，M的大小由雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)一個飛行孔徑內(nèi)脈沖重復頻率的個數(shù)決定；控制開關(guān)通過M條饋線(2)和M個線陣饋元(3)相連，一條饋線(2)僅與一個饋元(3)相連，線陣接收機和控制開關(guān)相連，從而實現(xiàn)接收機和饋元相連；線陣(1)的長度為L，L的大小由雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)要獲取的分辨率決定；在一個飛行孔徑內(nèi)，控制開關(guān)控制在每一個慢時間n，打開一個線陣饋元(3)，且在每一個慢時間n僅有指定的一個線陣饋元被打開，其余都關(guān)閉，其中，n＝1...N，N為散射點 id="icf0002" file="A2008100459760002C2.tif" wi="3" he="5" top= "153" left = "174" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在一個飛行孔徑內(nèi)的慢時間總個數(shù)；每一個線陣饋元(3)都保持與發(fā)射機空間同步、頻率同步和時間同步，線陣饋元(3)的方位波束角為θrai，i＝1...M，水平波束角分別為θrci，i＝1...M，M為線陣饋元(3)的個數(shù)；線陣接收機的接收波門為Tp，采樣頻率為fs；步驟3接收系統(tǒng)構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)接收系統(tǒng)是將線陣接收機安置于接收平臺上，線陣接收機沿接收平臺運動方向的垂直方向放置；線陣接收機和發(fā)射機實施空間同步、頻率同步和時間同步；接收平臺以恒矢量速度 id="icf0003" file="A2008100459760002C3.tif" wi="4" he="5" top= "230" left = "110" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>運動，接收平臺的初始化飛行高度為Hr0；接收系統(tǒng)中的線陣接收機對發(fā)射機發(fā)射到測繪場景后的回波進行數(shù)據(jù)接收，雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的線陣接收機接收到的回波數(shù)據(jù)為<overscore>D</overscore>e；步驟4回波數(shù)據(jù)距離壓縮采用合成孔徑雷達標準距離壓縮方法對合成孔徑雷達距離向回波數(shù)據(jù)<overscore>D</overscore>e進行壓縮，得到距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達數(shù)據(jù)，記做<overscore>E</overscore>c；步驟5距離壓縮后數(shù)據(jù)插值、重采樣對成像場景中的一個散射點 id="icf0004" file="A2008100459760003C1.tif" wi="3" he="5" top= "67" left = "82" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>，計算發(fā)射機天線相位中心在慢時間n到散射點 id="icf0005" file="A2008100459760003C2.tif" wi="3" he="5" top= "67" left = "176" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的距離 id="icf0006" file="A2008100459760003C3.tif" wi="15" he="6" top= "77" left = "34" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>和線陣接收機在慢時間n到散射點 id="icf0007" file="A2008100459760003C4.tif" wi="3" he="5" top= "77" left = "115" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的距離 id="icf0008" file="A2008100459760003C5.tif" wi="16" he="6" top= "77" left = "133" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>，這里n＝1...N，N為散射點 id="icf0009" file="A2008100459760003C6.tif" wi="3" he="5" top= "89" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在一個飛行孔徑內(nèi)的慢時間總個數(shù)，i＝1...M0，M0為散射點 id="icf0010" file="A2008100459760003C7.tif" wi="3" he="4" top= "89" left = "163" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在一個飛行孔徑內(nèi)第n慢時間控制開關(guān)打開的饋元在線陣上的位置，把計算得到的距離 id="icf0011" file="A2008100459760003C8.tif" wi="15" he="6" top= "107" left = "21" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>與 id="icf0012" file="A2008100459760003C9.tif" wi="15" he="6" top= "107" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>相加，得到慢時間n處散射點 id="icf0013" file="A2008100459760003C10.tif" wi="3" he="5" top= "108" left = "115" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的雙站距離史 id="icf0014" file="A2008100459760003C11.tif" wi="16" he="6" top= "107" left = "146" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>采用標準辛格插值重采樣方法得到一個窗長為W0的辛格函數(shù)h(x)，其中 id="icf0015" file="A2008100459760003C12.tif" wi="46" he="10" top= "130" left = "21" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>窗長W0是h(x)的采樣點數(shù)，窗長W0根據(jù)插值重采樣的要求選定；從距離壓縮后的雙站線陣三維成像合成孔徑雷達數(shù)據(jù)<overscore>E</overscore>c中取第n個慢時間的距離史所在距離門的窗長為W0的數(shù)據(jù)，得到用于插值重采樣的數(shù)據(jù)，采用標準辛格插值方法對插值重采樣的數(shù)據(jù)進行插值，得到插值重采樣后的數(shù)據(jù)Cn，我們定義上述過程為一個慢時間的插值重采樣；采用標準辛格插值重采樣的方法，對每一個慢時間進行插值重采樣，得到一個孔徑內(nèi)每一個慢時間的插值重采樣后的數(shù)據(jù)Cn，n＝1......N，N為一個飛行孔徑內(nèi)散射點 id="icf0016" file="A2008100459760003C13.tif" wi="3" he="5" top= "216" left = "22" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的慢時刻的個數(shù)；步驟6插值重采樣后數(shù)據(jù)沿慢時間相干求和根據(jù)補償相位因子的計算公式 id="icf0017" file="A2008100459760003C14.tif" wi="53" he="12" top= "234" left = "86" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>計算一個飛行孔徑內(nèi)散射點 id="icf0018" file="A2008100459760003C15.tif" wi="3" he="5" top= "253" left = "34" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>在每一個慢時間n應補償?shù)南辔灰蜃覭(n)，得到每一個慢時間n的補償相位因子，這里 id="icf0019" file="A2008100459760003C16.tif" wi="14" he="6" top= "262" left = "42" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>為對應的雙站距離史，n＝1......N，N為一個飛行孔徑內(nèi)散射點 id="icf0020" file="A2008100459760003C17.tif" wi="3" he="4" top= "261" left = "177" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的慢時刻的個數(shù)，c為光速；將步驟5中所得到的插值重采樣后的數(shù)據(jù)Cn與它對應的慢時間n的補償相位因子K(n)相乘，得到相位補償后的數(shù)據(jù)An；把每一個慢時間相位補償后的數(shù)據(jù)An相加得到成像后點 id="icf0021" file="A2008100459760004C1.tif" wi="3" he="5" top= "62" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>的后向散射系數(shù)σω，即 id="icf0022" file="A2008100459760004C2.tif" wi="20" he="10" top= "60" left = "97" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>步驟7全場景成像重復步驟5與步驟6，對測繪場景中離散化的每一個散射點進行成像，得到整個測繪場景的全場景成像；成像場景中每個像素點所對應的后向散射矩陣為σ。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種構(gòu)建雙站線陣三維合成孔徑雷達系統(tǒng)的方法，它是利用合成孔徑雷達的原理，結(jié)合線陣三維合成孔徑雷達天線相位中心控制精度高和現(xiàn)有雙站合成孔徑雷達系統(tǒng)反隱身、目標的散射信息豐富、雷達橫截面積增加等特點，利用雙站合成孔徑雷達系統(tǒng)與線陣系統(tǒng)相結(jié)合的特點，采用單饋元激勵方式，大幅度降低了功率消耗和硬件的復雜度，克服了距離模糊效應，實現(xiàn)觀測場景的三維成像；使用較低的硬件成本，實現(xiàn)小數(shù)據(jù)處理量的雙站線陣合成孔徑雷達三維成像。本發(fā)明可廣泛應用于合成孔徑雷達成像、地球搖撼、地質(zhì)測繪等領(lǐng)域。
文檔編號G01S13/00GK101666880SQ20081004597
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者君 師, 張曉玲, 李偉華, 王銀波 申請人:電子科技大學