本發(fā)明屬于合成孔徑雷達成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種方位多通道fmcwsar滑動聚束成像方法。

背景技術(shù)：

合成孔徑雷達是一種主動微波遙感設(shè)備，能夠全天時、全天候地實現(xiàn)對地觀測，在國民經(jīng)濟與軍事應(yīng)用的諸多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。

fmcwsar由于其體積小、重量輕、分辨率高和成本低而在軍用和民用領(lǐng)域備受青睞，世界各國紛紛開始了fmcwsar系統(tǒng)的研制。多套機載fmcwsar系統(tǒng)得到了成功研制并進行了試驗驗證。2009年，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(tudelft)、tno(荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)研究所)、ssbv公司等單位率先提出了星載fmcwsar系統(tǒng)panelsar。

在星載條件下，更大的作用距離給系統(tǒng)提出了更高的要求。為了保證系統(tǒng)性能，在機載fmcwsar的基礎(chǔ)上，星載fmcwsar需要對系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)整。提高發(fā)射功率、增大天線面積都是保證fmcwsar系統(tǒng)信噪比的有效手段。但是提高發(fā)射功率對器件的要求大為增加，而且增加了系統(tǒng)的成本和功耗。增加天線面積可以提高天線的放大增益，但這樣一方面會限制方位向的分辨率，另外一方面也會限制成像的測繪帶寬度。同時，星載條件下，平臺速度較快，需要較高的prf以避免高方位向分辨率情況下的頻譜混疊。方位多通道技術(shù)可以有效的解決上述問題，在避免方位頻譜混疊的情況下，降低系統(tǒng)prf并增加系統(tǒng)接收增益。但是方位多通道系統(tǒng)往往存在方位向非均勻采樣的問題，需要進行方位多通道重構(gòu)以保證成像質(zhì)量。

滑動聚束作為一種介于條帶與聚束模式之間的工作模式，具有在方位分辨率和方位測繪帶范圍之間靈活折中的優(yōu)點，在滿足方位測繪帶范圍的前提下可以進一步提高系統(tǒng)的方位分辨率。傳統(tǒng)條帶模式的多通道重建算法將各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過重構(gòu)濾波器后直接疊加，等效prf稍大于場景的多普勒帶寬。而滑動聚束模式的波束主動掃描導(dǎo)致其場景多普勒帶寬遠大于瞬時多普勒帶寬，若直接采用條帶模式的重建算法會出現(xiàn)頻譜混疊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有星載fmcwsar系統(tǒng)成像質(zhì)量低；為解決所述問題，本發(fā)明提供方位多通道fmcwsar滑動聚束成像方法。

方位向多通道fmcwsar滑動聚束成像方法包括：步驟一、方位向m個通道同時接收調(diào)頻連續(xù)波信號，獲得m路方位向欠采樣的調(diào)頻連續(xù)波滑動聚束sar回波數(shù)據(jù)；

步驟二、對每路回波數(shù)據(jù)在方位向進行deramping操作，參考函數(shù)表示為：其中為多普勒中心的調(diào)頻率，v為平臺運動速度，η為方位向時間，δxm為第m個接收通道與發(fā)射天線之間的距離；

步驟三、對deramping操作之后的回波數(shù)據(jù)進行重構(gòu)；

步驟四、對重構(gòu)之后的回波數(shù)據(jù)進行頻域補零和ramping操作，操作函數(shù)為：hramp＝exp[jπkrotη²]；

步驟五、對ramping操作后的回波信號進行成像處理。

進一步，所述m路方位向欠采樣的調(diào)頻連續(xù)波滑動聚束sar回波數(shù)據(jù)表示為：

其中σ(r0,η0)為目標(biāo)后向散射系數(shù)，t為距離快時間，tspot為合成孔徑時間，ηstart為觀測的起始時間，ηend為觀測的結(jié)束時間，fc為發(fā)射信號中心頻率，kr為距離向調(diào)頻率，τc＝2rref/c為平臺到參考距離rref的往返時間，τd＝2rm(t,η,r0)/c為第m個通道到目標(biāo)的往返時間，其中rm(t,η,r0)表示為：

進一步，所述步驟三包括：

步驟3.1、將回波數(shù)據(jù)進行方位向傅里葉變換，將信號變換到多普勒域；

步驟3.2、方位向各個通道的回波數(shù)據(jù)乘以重構(gòu)濾波器，重構(gòu)濾波器為：p(fa)＝h^-1(fa)，，

為第m個通道的傳遞函數(shù)，fa為多普勒頻率。

進一步，所述步驟五包括：

步驟5.1、將步驟4的輸出乘以h1(t,fa)＝exp[-j2πfat+jπkrt²(1-β(fa)²)]，完成多普勒頻移校正及距離徙動空變性校正，其中λ為信號波長，v為平臺運動速度；

步驟5.2、經(jīng)過步驟5.1處理后的數(shù)據(jù)變換到距離頻率域，乘以相位函數(shù)其中fr為距離向頻率。之后再將信號變換到距離時間域；

步驟5.3、將步驟5.2處理后的數(shù)據(jù)乘以h3(t,fa)＝exp[jπkrt²(β(fa)²-β(fa))]；

步驟5.4、將步驟5.3處理后的數(shù)據(jù)乘以

步驟5.5，將步驟5.4處理后的數(shù)據(jù)乘以之后再乘以

步驟5.6、將步驟5.5處理后的數(shù)據(jù)乘以

本發(fā)明的優(yōu)點包括：

在利用多個方位接收通道突破方位向分辨率對雷達接收天線孔徑的限制條件、保證系統(tǒng)高分辨并獲得高天線增益的前提下，實現(xiàn)多通道重構(gòu)并完成滑動聚束成像處理。

附圖說明

圖1為方位多通道fmcwsar滑動聚束成像方法流程示意圖；

圖2(a)、(b)、(c)分別為仿真得到的使用本發(fā)明所提供的方位多通道fmcwsar滑動聚束成像方法成像結(jié)果的俯視圖，距離向剖面圖和方位向剖面圖。

具體實施方式

下文中，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的精神和實質(zhì)做進一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的方位多通道fmcwsar滑動聚束成像方法包括：

步驟一、利用一個通道發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號，方位向m個通道同時接收，m為任意整數(shù)，獲得m路方位向欠采樣的調(diào)頻連續(xù)波滑動聚束sar回波信號；

獲得的m路方位向欠采樣的調(diào)頻連續(xù)波滑動聚束sar回波信號可以表示為：

其中t為距離快時間，η為方位向時間，tspot為合成孔徑時間，ηstart為觀測的起始時間，ηend為觀測的結(jié)束時間，fc為發(fā)射信號中心頻率，kr為距離向調(diào)頻率，τc＝2rref/c為平臺到參考距離rref的往返時間，參考距離rref為經(jīng)驗值，τd＝2rm(t,η,r0)/c為第m個通道到目標(biāo)的往返時間，其中rm(t,η,r0)可以表示為：

其中v為平臺運動速度，△xm為第m個接收通道與發(fā)射天線之間的距離。

步驟二、對每路回波數(shù)據(jù)在方位向進行deramping操作，消除多普勒中心隨時間的變化；參考函數(shù)可以表示為：

其中為多普勒中心的調(diào)頻率。

步驟三、對deramping操作之后的m路回波數(shù)據(jù)進行方位向多通道重構(gòu)處理，獲得消除多普勒混疊的等效單通道回波數(shù)據(jù)，具體包括

步驟3.1、將各個通道的回波進行方位向傅里葉變換，將信號變換到多普勒域，得到第m個通道的傳遞函數(shù)：

fa為多普勒頻率。

則deramping操作之后的多通道滑動聚束系統(tǒng)傳遞矩陣可以表示為：

其中，

步驟3.2、方位向各個通道的回波數(shù)據(jù)乘以重構(gòu)濾波器，并將各個通道所得結(jié)果對應(yīng)相加，得到消除多普勒混疊的等效單通道回波信號頻譜。

其中，重構(gòu)濾波器可以表示為：

p(fa)＝h^-1(fa)

步驟四、對方位重構(gòu)之后的回波數(shù)據(jù)進行頻域補零和ramping操作，得到無混疊的場景回波信號。

其中ramping操作函數(shù)可以表示為：

hramp＝exp[jπkrotη²]

步驟五、對獲得的無混疊回波信號進行成像處理得到聚焦的sar圖像；包括：

步驟5.1、多普勒頻移校正及距離徙動空變性的校正(頻率變標(biāo))，參考函數(shù)可以表示為：

h1(t,fa)＝exp[-j2πfat+jπkrt²(1-β(fa)²)]

步驟5.2、經(jīng)過第一步處理后的數(shù)據(jù)變換到距離頻率域，乘以相位函數(shù)

即可完成殘余視頻相位的校正，之后重新將信號變換到距離時間域。

步驟5.3、在距離時域、方位頻域乘以參考函數(shù)

h3(t,fa)＝exp[jπkrt²(β(fa)²-β(fa))]

完成逆頻率變標(biāo)。

步驟5.4、乘以參考函數(shù)

完成二次距離壓縮。

步驟5.5、乘以參考函數(shù)

完成距離徙動校正，將二次距離脈壓、距離徙動校正后的數(shù)據(jù)變換到距離頻率域，等價地實現(xiàn)了距離壓縮。之后將距離壓縮后的數(shù)據(jù)乘以相位保持函數(shù)補償參考距離的影響。

相位保持函數(shù)為：

步驟5.6、乘以方位匹配函數(shù)

并進行方位向逆傅里葉變換，完成方位向聚焦，所述方位匹配函數(shù)補償滑動聚束造成的方位向偏差。

圖2(a)、(b)、(c)為使用本發(fā)明所用方法仿真得到的成像結(jié)果的俯視圖，距離向剖面圖和方位向剖面圖，從圖2可以看出本發(fā)明方案成像效果好。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。