CN109490883B - 基于多脉冲组合的sar宽幅成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法。其包括：基于多脉冲组合序列循环发射多脉冲；接收所述多脉冲的回波信号，并对接收的回波信号进行解码，以得到不同距离区间的雷达回波信号；根据不同距离区间，对所述雷达回波信号进行处理，以得到大幅宽的合成孔径雷达图像。利用本发明的多脉冲组合方法，可以消除合成孔径雷达工作参数制约对提高成像幅宽的限制，实现大幅宽合成孔径雷达成像。

Description

基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，可以对地面目标进行高分辨率的探测，并且具有全天候、全天时的优势。自上个世纪五十年代，孔径合成方法出现以来，SAR系统已经大量装载在飞机、卫星等飞行平台上用于对地面目标的探测，在地理资源调查、农作物监测、海洋监测、军事侦察等领域得到了广泛的应用。

成像幅宽是SAR系统的核心技术指标，SAR的成像幅宽受到SAR工作参数的制约，其中，SAR成像的最近距离受到脉冲重复频率、脉冲宽度和飞行场高等因素的影响，SAR成像的最远距离受到脉冲重复频率和飞行场高等因素的影响，为提高方位分辨率、降低方位模糊、提高方位向成像质量，通常希望提高SAR系统的脉冲重复频率，但这会导致成像幅宽的降低。

因此，在本领域存在以下需求：在优化合成孔径雷达其它参数时，不影响提高合成孔径雷达的成像幅宽。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，使合成孔径雷达在在优化其它参数时，依然能够实现大成像幅宽。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，包括：

多脉冲组合基于雷达发射脉冲序列循环发射；

接收所述多脉冲的回波信号，并对所述接收的回波信号进行解码，得到不同距离区间的雷达回波信号；

对不同距离区间的雷达回波信号进行SAR成像处理，获得合成孔径雷达图像。

在进一步的实施方案中，在基于雷达发射脉冲序列循环发射之前，还包括：

将含有n个幅宽带和k个脉冲的多脉冲进行相位编码，每个脉冲附加相位φ_n，k；

其中，φ_n，k＝φ_n，k-1+k_n(2π/Q)，所述相位φ_n，k为第n个幅宽带的第k个脉冲的相位，φ_n。-1为第n个幅宽带的第k-1个脉冲的相位，k为脉冲序列的脉冲编号，k_n为第n个幅宽带的第k个脉冲的附加相位系数。

在进一步的实施方案中，所述对所述接收的回波信号进行解码包括：

在SAR处理的方位向，构建不同距离区间滤波器；

利用构建的滤波器，对接收的回波信号在方位向进行分组及滤波处理，以得到不同距离的雷达回波数据。

在进一步的实施方案中，所述滤波器的归一化中心频率为

在进一步的实施方案中，所述滤波器的信号带宽不高于归一化频率

(三)有益效果

根据本发明的实施例的基于多脉冲组合的SAR宽幅成像多脉冲组合方法至少具有如下有益效果：通过对多个发射脉冲进行组合，并在接收时进行解码，对于不同发射脉冲的接收信号，可以分别得到在不同距离区间的回波信号。再对这些不同距离区间的回波信号进行成像，就可以一次得到在不同距离区间的宽幅SAR图像，使合成孔径雷达在优化脉冲重复频率等系统参数时，依然能够实现大成像幅宽。解决了现有技术中SAR的工作方法，仅能得到一个区间的窄幅SAR图像的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法的步骤的流程图；

图2是合成孔径雷达成像幅宽限制的示意图；

图3a～图3d是本发明实施例的的一种宽幅成像合成孔径雷达多脉冲组合序列的示意图；

图4是图3a～图3d多脉冲组合序列在SAR工作时的发射脉冲示意图；

图5a～图5d是图3a～图3d多脉冲组合序列所对应的滤波器的示意图；

图6是图3a～图3d多脉冲组合序列接收脉冲编号所对应不同距离区间的发射脉冲编号的示意图；

图7是图5a～图5d所述的滤波器在不同接收脉冲、不同滤波器输出信号所对应的距离区间的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、方法和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

根据本发明的一个实施例，提供一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，如图1所示，主要包括：

S1：多脉冲组合基于雷达发射脉冲序列循环发射；

S2：接收多脉冲的回波信号，并对接收的回波信号进行解码，以得到不同距离区间的雷达回波信号；

S3：对不同距离区间的雷达回波信号进行SAR成像处理，以得到宽幅的合成孔径雷达图像。

其中，在基于雷达发射脉冲序列循环发射多脉冲之前，将含有n个幅宽带和k个脉冲的多脉冲进行相位编码，每个脉冲附加相位φ_n，k。φ_n，k＝φ_n，k-1+k_n(2π/Q)，k为脉冲序列的脉冲编号，k_n为第n个幅宽带的第k个脉冲的附加相位系数，φ_n，k为第n个幅宽带的第k个脉冲的相位，φ_n，k-1为第n个幅宽带的第k-1个脉冲的相位。

以及，在步骤S2中，在SAR处理的方位向，在SAR处理的方位向，构建代表不同距离区间滤波器；利用构建的滤波器，对接收的回波信号在方位向进行分组及滤波处理，以得到不同距离区间的雷达回波信号。其中，滤波器的中心频率为

其中，所述滤波器的信号带宽不高于归一化频率

图2是合成孔径雷达成像幅宽限制的示意图。其中R₁为成像幅宽的近距限制，R_N为成像幅宽的远距限制。

对于成像幅宽的近距，要求

R₁＞C(2H/c+τ_P+(j-1)PRF)/2

对于成像幅宽的远距，要求

R_N＜C(2H/c+j/PRF)/2

在上式中，j为整数(对与机载SAR，一般j＝1)，τ_P为脉冲宽度，H为平台场高，C为光速，PRF为脉冲重复频率。

可以看出，当PRF提高时，R_N降低，会成像幅宽降低；而要提高成像幅宽上限，需要降低PRF，会影响方位分辨率和方位向成像质量的提高。

图3a-图3d是本发明实施例的一种宽幅成像合成孔径雷达多脉冲组合序列的示意图。不失一般性地，以N＝4为例，图3a-图3d中每个图分别为4组编码脉冲的在SAR的方位向的频谱图，横轴对应频谱图的归一化频率(单位为π)，纵轴对应频谱图的归一化幅度。

对于多脉冲组合序列的第1组编码脉冲，可标记为Ma脉冲组，图3a为该脉冲组信号在SAR方位向形成的频谱；

对于多脉冲组合序列的第2组编码脉冲，可标记为Mb脉冲组，图3b为该脉冲组信号在SAR方位向形成的频谱；

对于多脉冲组合序列的第3组编码脉冲，可标记为Mc脉冲组，图3c为该脉冲组信号在SAR方位向形成的频谱；

对于多脉冲组合序列的第4组编码脉冲，可标记为Md脉冲组，图3d为该脉冲组信号在SAR方位向形成的频谱。

在本实施例中，多脉冲组合序列的第1组脉冲的附加相位为

以四个脉冲(k＝4)为一个循环，每个脉冲的附加相位分别为0、0、0、0，对应的脉冲分别标记为M_a1脉冲、M_a2脉冲、M_a3脉冲、M_a4脉冲；

多脉冲组合序列的第2组脉冲的附加相位为

以四个脉冲为一个循环，每个脉冲的附加相位分别为

-π、

0，对应的脉冲分别标记为M_b1脉冲、M_b2脉冲、M_b3脉冲、M_b4脉冲；

多脉冲组合序列的第3组脉冲的附加相位为

以四个脉冲为一个循环，每个脉冲的附加相位分别为0、-π、0、-π，对应的脉冲分别标记为M_c1脉冲、M_c2脉冲、M_c3脉冲、M_c4脉冲；

多脉冲组合序列的第4组脉冲的附加相位为

以四个脉冲为一个循环，每个脉冲的附加相位分别为0、

-π、

对应的脉冲分别标记为M_d1脉冲、M_d2脉冲、M_d3脉冲、M_d4脉冲。

图4是图3a-3d多脉冲组合序列在SAR工作时的发射脉冲的示意图。SAR发射脉冲时，从多脉冲组合序列的第1组脉冲开始、以多脉冲组合序列的第4组脉冲结束作为1个循环，并以此循环连续发射，为了保证方位向采样间隔的均匀性，每组的脉冲进行交织编码，即M_a1脉冲、M_b1脉冲、M_c1脉冲、M_d1脉冲、M_a2脉冲、M_b2脉冲、M_c2脉冲、M_d2脉冲、M_a3脉冲、M_b3脉冲、M_c3脉冲、M_d3脉冲、M_a4脉冲、M_b4脉冲、M_c4脉冲、M_d4脉冲作为一个循环组。

不失一般性地，先考虑循环组的第4个发射脉冲的接收信号，第4个发射脉冲的接收信号中包含了以下信号：

第4个脉冲(M_d1脉冲)在距离R₁～R_N之间的回波信号，简称为R区间的回波信号；

第3个脉冲(M_c1脉冲)在距离2R₁～2R_N之间的回波信号，简称为2R区间的回波信号；

第2个脉冲(M_b1脉冲)在距离3R₁～3R_N之间的回波信号，简称为3R区间的回波信号；

第1个脉冲(M_a1脉冲)在距离4R₁～4R_N之间的回波信号，简称为4R区间的回波信号。

不失一般性地，再考虑第7个发射脉冲的接收信号，第7个发射脉冲的接收信号中包含了以下信号：

第7个脉冲(M_c2脉冲)在距离R₁～R_N之间的回波信号；

第6个脉冲(M_b2脉冲)在距离2R₁～2R_N之间的回波信号；

第5个脉冲(M_a2脉冲)在距离3R₁～3R_N之间的回波信号；

第4个脉冲(M_d1脉冲)在距离4R₁～4R_N之间的回波信号。

以此类推，再考虑第15个发射脉冲的接收信号，第15个发射脉冲的接收信号中包含了以下信号：

第15个脉冲(M_c4脉冲)在距离R₁～R_N之间的回波信号；

第14个脉冲(M_b4脉冲)在距离2R₁～2R_N之间的回波信号；

第13个脉冲(M_a4脉冲)在距离3R₁～3R_N之间的回波信号；

第12个脉冲(M_d3脉冲)在距离4R₁～4R_N之间的回波信号。

根据上述接收脉冲与距离区间、发射脉冲之间的对应关系，可确定上述多脉冲组合序列接收脉冲编号所对应不同距离区间的发射脉冲编号如图6所示，总结了上述接收脉冲与距离区间、发射脉冲之间的对应关系。

图5a-图5d是对应图3a-图3d多脉冲组合序列所对应的方位向滤波器的示意图。其中，

图5a为Ma脉冲组对应的方位向滤波器的中心频率为归一化频率0，Ma脉冲组对应的方位向滤波器标记为Ma滤波器；

图5b为Mb脉冲组对应的方位向滤波器的中心频率为归一化频率

Mb脉冲组对应的方位向滤波器Mb滤波器；

图5c为Mc脉冲组对应的方位向滤波器的中心频率为归一化频率π，Mc脉冲组对应的方位向滤波器Mc滤波器；

图5d为Md脉冲组对应的方位向滤波器的中心频率为归一化频率

Md脉冲组对应的方位向滤波器Mc滤波器。

滤波器的信号带宽不高于归一化频率

利用Ma滤波器、Mb滤波器、Mc滤波器、Md滤波器，分别对接收信号进行分组及滤波处理，对于不同发射脉冲的接收信号，可以分别得到在距离R₁～R_N、2R₁～2R_N、3R₁～3R_N、4R₁～4R_N之间的回波信号。再对这些回波信号进行成像，就可以一次得到在距离R₁～R_N、2R₁～2R_N、3R₁～3R_N、4R₁～4R_N之间的宽幅SAR图像，而现有技术中SAR的工作方法，仅能得到R₁～R_N之间的窄幅SAR图像。

滤波器在不同接收脉冲，不同滤波器输出信号所对应的距离区间，如图7所示。

对接收脉冲按照Ma脉冲组、Mb脉冲组、Mb脉冲组、Mb脉冲组的顺序进行分组，即：

第1个脉冲、第5个脉冲、第9个脉冲、第13个脉冲、第17个脉冲、......为一组，

第2个脉冲、第6个脉冲、第10个脉冲、第14个脉冲、第18个脉冲、......为一组，

第3个脉冲、第7个脉冲、第11个脉冲、第15个脉冲、第19个脉冲、......为一组，

第4个脉冲、第8个脉冲、第12个脉冲、第16个脉冲、第20个脉冲、......为一组，

每组脉冲分别用Ma滤波器、Mb滤波器、Mc滤波器、Md滤波器进行滤波，可以得到不同距离区间对应的回波数据，再对不同距离区间的回波数据进行SAR成像处理，得到大幅宽的SAR图像。

应当注意，为了使本发明的实施方式更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、或是已公开的、并且对于本发明的实施方式的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。例如，上面的描述省略了对数字滤波器的一般性描述。应该理解，根据本发明的实施例的多脉冲组合序列除了以上描述的4个脉冲组的编码外，在实际情况中，可以采用更多个脉冲组、或更少个脉冲组的编码序列进行编码。上述说明仅仅是示意性的而不是限制性的。

提供本发明的说明书是为了说明和描述，而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是可以的。

以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，包括：

将含有n个幅宽带和k个脉冲的多脉冲进行相位编码，每个脉冲附加相位φ_n，k；

其中，φ_n，k＝φ_n，k-1+k_n(2π/Q)，所述相位φ_n，k为第n个幅宽带的第k个脉冲的相位，φ_n，k-1为第n个幅宽带的第k-1个脉冲的相位，k为脉冲序列的脉冲编号，k_n为第n个幅宽带的第k个脉冲的附加相位系数；

多脉冲组合基于雷达发射脉冲序列循环发射；

接收所述多脉冲的回波信号，并对所述接收的回波信号进行解码，得到不同距离区间的雷达回波信号；

对不同距离区间的雷达回波信号进行SAR成像处理，获得合成孔径雷达图像。

2.根据权利要求1所述的基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，其特征在于，所述对所述接收的回波信号进行解码包括：

在SAR处理的方位向，构建不同距离区间滤波器；

利用构建的滤波器，对接收的回波信号在方位向进行分组及滤波处理，以得到不同距离区间的雷达回波数据。

3.根据权利要求2所述的基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，其特征在于，所述滤波器的归一化中心频率为

4.根据权利要求2所述的基于多脉冲组合的SAR宽幅成像方法，其特征在于，所述滤波器的信号带宽不高于归一化频率

Images