CN111175750A - 一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质 - Google Patents

一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质，其中，该方法包括：在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。

Description

一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质
技术领域
本申请实施例涉及但不限于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)技术，尤其涉及一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质。
背景技术
到目前为止，国内外的许多学者对星载SAR的高分宽幅(High Resolution WideSwath，HRWS)成像系统进行了深入研究，并提出几种常见的成像模式，主要包括基于变脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，PRF)的星载SAR(Staggered-SAR)、偏置相位中心方位多波束(Displaced Phase Center Multiple Azimuth Beam-Digital Beam Forming-SAR，DPCMAB-DBF-SAR)和单相位中心多波束(Single Phase Center Multiple AzimuthBeam-Digital Beam Forming-SAR，SPCMAB-DBF-SAR)等。然而，这些模式对回波信号的处理和系统平台的要求极高，导致很难设计出满足SAR性能要求的雷达系统。已经被提出的星载HRWS合成孔径雷达的成像系统主要使用距离向数字波束形成(Digital Beamforming，DBF)技术和方位向多通道(Azimuth Multi-channel，AMC)技术。对于DBF技术而言，控制波束的权值或时间延迟都是在基带形成的。这就要求通道内信号传输的无失真性以及各阵元通道频率响应的一致性。然而，实际系统的多个通道的频率响应很难满足这么苛刻的要求，这就使得将DBF技术应用于星载HRWS-SAR成像系统变得十分困难。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质。
本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法，包括：在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像装置，包括：发射模块，用于在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；接收模块，用于接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；第一处理模块，用于对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；第二处理模块，用于对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令配置为执行上述实施例提供的方法的步骤。
本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例提供的方法中的步骤。
本申请实施例中，通过在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测。这样，在雷达发射一个频带信号去照射一个子测绘带时，通过这种雷达信号的发射方式可以以频域滤波的方法去除其他频带产生的模糊能量对其的干扰，抑制回波信号距离模糊(在距离向上的模糊)，提高成像分辨率，并且能够解决现有回波数据处理较为复杂、雷达系统设计较为困难和工程实现难度较高等难题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种合成孔径雷达的成像方法的实现流程示意图；
图2本申请实施例提供的高分宽幅SAR系统的信号发射时序图；
图3本申请实施例提供的高分宽幅SAR的波束照射几何示意图；
图4本申请实施例提供的雷达接收回波信号的示意图；
图5本申请实施例提供的图4中第5和第6个回波的接收时序图；
图6本申请实施例提供的距离向高分辨率成像流程图；
图7本申请实施例提供的方位向多通道的信号重构流程图；
图8本申请实施例提供的混叠的方位向回波信号的示意图；
图9本申请实施例提供的发射干扰的示意图；
图10本申请实施例提供的星下点回波干扰的示意图；
图11本申请实施例提供的系统波束位置设计流程图；
图12本申请实施例提供的实现距离向频谱拼接的压缩脉冲的示意图；
图13本申请实施例提供的方位多通道重构的压缩脉冲的示意图；
图14本申请实施例提供的两组波束位置斑马图；
图15为本申请实施例提供的一种合成孔径雷达的成像装置的组成结构示意图；
图16为本申请实施例提供的一种合成孔径雷达的成像设备的一种硬件实体示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述。
本实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法的实现流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
这里，所述脉冲重复时间(PRT)为脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，PRF)的倒数，是脉冲雷达信号最重要的特征参数之一。脉冲重复频率是发射脉冲或脉冲组的速率。也就是说，脉冲重复频率就是每秒发射脉冲的数量，用赫兹(Hz)表示。这里，所述雷达信号可以为线性调频信号(Linear Frequency Modulation，LFM)。
所述测绘带为待测目标区域，所述子测绘带为待测目标区域的子区域。所述频谱是指雷达信号的频谱，信号也可以在某一正交的信号空间中进行分解。而在实际应用中使用最多的正交函数集是三角函数集(正弦或余弦信号)。任一信号，只要符合一定条件都可以分解为一系列不同频率的正弦(或余弦)分量的线性叠加；每一个特定频率的正弦分量都有它相应的幅度和相位。因此对于一个信号，它的各分量的幅度和相位分别是频率的函数；或者合起来，它的复数幅度是频率的函数。这种幅度(或相位)关于频率的函数，就称为信号的频谱。所述频谱不重叠的雷达信号为频率不重叠的雷达信号。
举例说明，使用PRF为1448HZ照射待测绘的目标区域，此时PRT＝0.00007s，即此时每0.00007s发射一个雷达信号，照射待测绘的目标区域，被照射的区域为待测绘的目标区域的子测绘带。
步骤102、接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
在实际过程中，雷达信号照射的子测绘带会反射一个回波信号，雷达接收不同子测绘带反射的多个回波信号。
举例说明，在一个脉冲重复时间内向待测绘的目标区域连续发射5个不同频带的雷达信号，B1、B2、B3、B4和B5，每个频带的雷达信号照射目标区域的一部分，每个被照射的目标区域是一个待测绘的目标区域的子测绘带，每个被照射的子测绘带，给雷达反射一个回波信号。
步骤103、对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
这里，所述频谱拼接是指在雷达信号的距离向进行的频谱拼接，频谱拼接是利用交叠频谱A(f)和B(f)的关系确定B(f)和A(f)的功率映射关系g，使得g(B(f))与A(f)的动态范围以及噪底功率等参数的差异尽可能的小，且交界处满足拼接分界处光滑平整，包络趋势抑制且不改变载波信号之间的功率大小关系。常用的频谱拼接的算法有基于直方图规定化的频谱拼接算法等。所述脉冲压缩是指对宽脉冲信号进行调制，这种调制包括线性调频，非线性调频以及相位编码等多种方式，然后在接收端对回波宽脉冲进行脉冲压缩，最后得到窄脉冲的过程。脉冲压缩能解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾，可以保证雷达在一定作用距离下提高距离分辨率。
在实际过程中，对反射回来的回波信号先进行频谱拼接，对交叠的频谱信号进行处理，并通过脉冲压缩提高回波信号距离向的分辨率。
步骤104、对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
在SAR传感器运行过程中，存在通道特性不一致，采样时刻偏差，噪声等干扰因素，导致重构后的信号出现频谱噪声，重构精度受到影响。方位向的多通道重构技术可以恢复均匀采样信号、降低频谱噪声并提高重构精度。
这里，所述多通道重构是补偿多通道回波信号的相移和时移，并消除各个通道的模糊频谱成分的恢复均匀采样信号的方法。
在实际过程中，在距离向成像后，回波信号的方位向仍为未处理的回波信号，通过方位向多通道重构和脉冲压缩可以得到低频谱噪声、高重构精度的方位向成像信号。
举例说明，在发射端，通过在一个脉冲发射时间内连续切换发射多个频谱不重叠的雷达信号照射不同的目标区域，实现对多个子测绘带的同时观测。在接收端，多个方位向通道连续接收多个子测绘带的回波信号，接收方式可以为时分复用。在后期数据处理中，使用频域滤波的方法对回波信号的距离模糊进行有效抑制，并通过距离向的频谱拼接和方位向的多通道重构技术对回波数据进行处理，得到较低距离模糊、高分辨率的宽幅SAR图像。
在一些实施例中，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数，所述一组内的M个雷达信号按照频谱从小到大的顺序排列，第P个所述雷达信号的起始频率等于第P-1个所述雷达信号的截止频率，其中，P为大于等于2且小于等于M的整数。
在当前脉冲重复时间内，以特定的脉冲发射间隔和特定的脉冲发射时间，依次向测绘带发射M组中的一组雷达信号，以实现向测绘带发射一组雷达信号(序列)；其中，所述一组雷达信号包括多个频带不重叠的雷达信号。
本申请实施例中，通过在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测。这样，在雷达发射一个频带信号去照射一个子测绘带时，通过这种雷达信号的发射方式可以以频域滤波的方法去除其他频带产生的模糊能量对其的干扰，抑制回波信号距离模糊，提高成像分辨率，并且能够解决现有回波数据处理较为复杂、雷达系统设计较为困难和工程实现难度较高等难题。
本实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数。该方法包括：
步骤201、以M个所述脉冲重复时间为一个周期，循环发射所述M组不同的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
其中，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数；举例说明，M＝5，以PRT1～PRT5这5个脉冲重复时间为一个周期，在PRT1n～PRT5n(n>1)的信号发射时间内分别按照PRT1～PRT5的信号发射时序循环发射不同的雷达信号。在5个PRT中的每个PRT内，雷达都会发射5个频谱不重叠的信号。例如，在一个PRT内，雷达发射了五个频带为B_1、B_2、B_3、B_4、和B_5的雷达信号，且这五个雷达信号的频谱不会互相重叠。
在一些实施例中，所述一组内的M个雷达信号按照频谱从小到大的顺序排列，第P个所述雷达信号的起始频率等于第P-1个所述雷达信号的截止频率，其中，P为大于等于2且小于等于M的整数；例如，发射的五个雷达信号满足：B_1e＝B_2s、B_2e＝B_3s、B_3e＝B_4s和B_4e＝B_5s。其中B_is和B_ie分别表示第i信号的起始和截至频率。在PRT1中，发射B_1、B_5、B_4、B_3和B_2，在PRT2、PRT3、PRT4和PRT5的脉冲发射时间内依次发射：B_3、B_2、B_1、B_5和B_4，B_5、B_4、B_3、B_2和B_1，B_2、B_1、B_5、B_4和B_3，B_4、B_3、B_2、B_1和B_5信号。
步骤202、接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
步骤203、对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
步骤204、对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
本申请实施例中，对一个脉冲重复时间内的雷达信号的特征进行了约束，并规定了脉冲重复时间的循环周期。这样，可以使一个子测绘带接收的雷达信号通过简单的滤波处理就能屏蔽来自其他频带信号的模糊干扰，简化雷达信号的成像流程，降低距离模糊信号比。
本实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数。该方法包括：
步骤301、根据公式Xi＝V*T*i，确定第i个所述脉冲重复时间的雷达信号在方位向上的发射位置；其中，Xi是第i个脉冲重复时间在所述方位向上的发射位置，V表示在所述方位向上运动的雷达的瞬时速度，T表示所述脉冲重复时间；
举例说明，卫星在方位向坐标为0位置发射信号的时序对应PRT1的第一个脉冲重复间隔的脉冲发射时序，依此类推可以得到卫星在方位向位置Xi(i>1)的信号发射时序。其中，Xi＝V*PRT*i，V表示卫星的瞬时速度和PRT表示脉冲重复时间。
步骤302、根据光速C、所述脉冲重复时间T、子测绘带的幅宽Swath，确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；
举例说明，雷达在方位向为0位置照射5个子测绘带的中心斜距分别为R_1，R_2，R_3，R_4和R_5。并且，它们的关系可以被描述为公式(3-1)。其中，假设SAR系统的脉冲重复时间PRT＝T，Swath为子测绘带的幅宽，C为光的传播速度。
Figure BDA0002376367610000081
步骤303、在所述发射位置Xi上，以中心斜距Rij向第j个子测绘带发射第i mod M组雷达信号，mod为取余函数的符号，i为大于等于1的整数，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
举例说明，M＝5，在第1个脉冲重复时间内，向子测绘带发射一组B_1、B_5、B_4、B_3和B_2雷达信号，则在第6个脉冲重复时间内，6mod 5为1，以第1个脉冲重复时间发射的雷达信号时序内向子测绘带发射雷达信号。
步骤304、接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
步骤305、对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
步骤306、对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
本申请实施例中，根据光速C、所述脉冲重复时间T、子测绘带的幅宽Swath，确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij。这样，可以在系统波束设计时，对SAR系统波束位置进行设计。
本实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法，该方法包括：
步骤401、根据公式Xi＝V*T*i，确定第i个所述脉冲重复时间的雷达信号在方位向上的发射位置；其中，Xi是第i个脉冲重复时间在所述方位向上的发射位置，V表示在所述方位向上运动的雷达的瞬时速度，T表示所述脉冲重复时间；
步骤402、根据
Figure BDA0002376367610000082
确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；其中，Ri1表示所述发射位置Xi向所述第1个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距，C表示光速，Swath表示子测绘带的幅宽；j表示雷达照射第j子测绘带；或者，
根据
Figure BDA0002376367610000091
确定所述发射位置Xi上发射雷达信号的第j个中心斜距Rij与发射位置Xi+n上发射雷达信号的第j-n个中心斜距R(i+n)(j-n)之间的关系；其中，所述n为大于1且小于j的整数；
步骤402描述了在不同时刻照射不同子测绘带的雷达信号的传播路径的关系。
步骤403、在所述发射位置Xi上，以中心斜距Rij向第j个子测绘带发射第i mod M组雷达信号，i为大于等于1的整数，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测，其中，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数，所述一组内的M个雷达信号按照频谱从小到大的顺序排列，第P个所述雷达信号的起始频率等于第P-1个所述雷达信号的截止频率，其中，P为大于等于2且小于等于M的整数；
步骤404、接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
步骤405、对所述j个子测绘带的回波信号分别进行频域滤波，得到消除距离模糊的多个回波信号；
这里，由于照射一个子测绘带的雷达信号在不同脉冲重复时间内对应的雷达信号的带宽不同，因此，可以使用频域滤波的方法实现对回波信号距离模糊的有效抑制。
举例说明，雷达在接收其在PRT5发射的、频带为B_4的雷达信号照射子测绘带1的回波信号的同时，也接收到了其在PRT4，PRT3，PRT2和PRT1发射的频带为B_1，B_3，B_5，B_2的信号分别照射第2，3，4和5的子测绘带的模糊信号。通过将频带设置为B_4即可滤掉频带为B_1，B_2，B_3和B_5的雷达信号对子测绘带1产生的模糊能量。
这里，需要说明的是满足步骤402的雷达信号的波束位置，可以使用下面公式(4-1)衡量回波信号距离模糊程度：
Figure BDA0002376367610000101
下标n∈{5,6,…,N}为第n模糊回波，N为距离模糊区的数目，G^2(θ)为双程天线方向图，σ^0(θ_n)为第n模糊区域中心的后向散射系数，R_n为第n模糊区域中心的距离，η_n为第n模糊区域的入射角，σ^0(θ_main)为波束照射目标区域的后向散射系数，R_main为天线相位中心到目标的距离，η_main为天线波束照射目标的入射角。
因为在总的距离模糊中，第1、2、3和4模糊区域的回波信号占据了极大部分的模糊能量。因此，使用满足步骤402的雷达信号可以实现对回波信号距离模糊的抑制。
通常情况，衡量回波信号距离模糊程度，在通过公式(4-1)计算出的性能指标值<-20dB表明性能好。现有发射方式的计算是从1开始的，经过本实施例中对子测绘带发射雷达信号方式的改进，可以从5开始计算，计算出的模糊成度比原有发射方式小，表明改进后能抑制回波信号距离模糊，具有较低距离模糊的优势。
步骤406、对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
步骤407、对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
本申请实施例中，对雷达信号的中心斜距进行了
Figure BDA0002376367610000102
Figure BDA0002376367610000103
和
Figure BDA0002376367610000104
限定，这样，经过本实施例中子测绘带发射方式的改进，可以减少需要累积求和的回波数，计算出的模糊成度比原有发射方式小，能抑制回波信号距离模糊，性能好，并通过对中心斜距进行几何约束关系得到该高分宽幅成像系统的波束位置。
本实施例提供一种合成孔径雷达的成像方法，该方法包括：
步骤501、在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
步骤502、接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
步骤503、对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
步骤504、对每一所述距离向成像的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到频率域的混叠的回波信号；
步骤505、使用距离向波束形成方法对所述每一频率域的方位向混叠的回波信号进行滤波，得到每一方位向去模糊的多普勒频谱；
步骤506、将所述每一方位向去模糊的普勒频谱进行频谱拼接，得到每一完整的方位向多普勒频谱；
步骤507、对所述每一完整的方位向多普勒频谱进行方位向脉冲压缩，得到所述对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
举例说明，对每一个子频带的回波信号进行方位向傅里叶变换，将信号变换至频率域，得到方位向混叠的回波信号；使用距离向波束形成方法对多个子通道的回波进行时域加权，得到去模糊的多普勒频谱；将每个子频带内的去模糊的多个多普勒频谱进行拼接得到完整的方位向多普勒频谱，并进行方位向脉冲压缩，得到方位向高分辨率的SAR图像。
本申请实施例中，对每一所述距离向成像的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到频率域的混叠的回波信号；使用距离向波束形成方法对所述每一频率域的方位向混叠的回波信号进行滤波，得到每一方位向去模糊的多普勒频谱；将所述每一方位向去模糊的普勒频谱进行频谱拼接，得到每一完整的方位向多普勒频谱；对所述每一完整的方位向多普勒频谱进行方位向脉冲压缩，得到所述对应子测绘带的合成孔径雷达图像。这样，可以得到方位向去模糊的高分辨率雷达图像。
本申请实施例涉及一种全新的、有效的和易实现的星载HRWS-SAR成像方法。星载SAR具有全天时、全天候的特点，可以实现高分辨率成像、极化干涉测高和形变、土地植被反演和动目标检测等功能。到目前为止，国内外的许多学者也对星载SAR的HRWS成像系统进行了深入研究，并提出几种常见的成像模式，主要包括基于变脉冲重复频率(PlusRepetition Frequency，PRF)的星载SAR(Staggered-SAR)、偏置相位中心方位多波束DPCMAB-DBF-SAR和SPCMAB-DBF-SAR等。然而这些模式对回波信号的处理和系统平台的要求极高，导致很难设计出满足SAR性能要求的雷达系统。基于该背景，本申请实施例提出了一种可以实现HRWS成像的多条带跳转合成孔径雷达(Multi-Swath Jump SAR)成像方法。
已经被提出的星载HRWS合成孔径雷达的成像系统主要使用距离向数字波束形成(Digital Beamforming，DBF)技术和方位向多通道(Azimuth Multi-channel，AMC)技术。对于DBF技术而言，控制波束的权值或时间延迟都是在基带形成的。这就要求通道内信号传输的无失真性以及各阵元通道频率响应的一致性。然而，实际系统的多个通道的频率响应很难满足这么苛刻的要求，这就使得将DBF技术应用于星载HRWS-SAR成像系统变得十分困难。对于星载SAR的方位向多通道技术而言，其工程可实现性高。并且已经有许多星载SAR系统实现了方位向多通道技术，例如：GaoFen-3、TanDEM-X和Sentinel等。
本申请实施例中提供了一种星载HRWS-SAR成像方法，即Multi-Swath Jump SAR。在发射端，它主要通过在一个脉冲发射时间内连续切换发射多个频谱不重叠的雷达信号照射不同的目标区域，实现对多个子测绘带的同时观测。在接收端，多个方位向通道以时分复用的方案连续接收多个子测绘带的回波信号。在后期数据处理中，使用频域滤波的方法对回波信号的距离模糊进行有效抑制，并通过距离向的频谱拼接和方位向的多通道重构技术对回波数据进行处理，得到较低距离模糊、高分辨率的宽幅SAR图像。
本申请实施例中提出的一种合成孔径雷达的成像方法采用的技术方案主要有：
(1)同时观测多个子测绘带
本申请实施例中通过在一个脉冲发射时间内连续切换发射多个频谱不重叠的雷达信号照射不同目标区域，实现对多个子测绘带的同时观测。如图2，图中横轴表示入射角，不同入射角对应不同的子测绘带(本申请的各附图中称为子带)，纵轴表示方位向的脉冲发射时间。为了使得每个目标对象都有B1到B5的信号对它进行照射，雷达在PRT1内依次发射B_1、B_5、B_4、B_3和B_2五个不同频带的信号，分别照射目标区域：Swath_1、Swath_2、Swath_3、Swath_4和Swath_5，其中Swath为子测绘带的幅宽，在PRT2、PRT3、PRT4和PRT5的脉冲发射时间内依次发射：B_3、B_2、B_1、B_5和B_4；B_5、B_4、B_3、B_2和B_1；B_2、B_1、B_5、B_4和B_3；B_4、B_3、B_2、B_1和B_5信号分别照射5个子测绘带。在此之后，信号的发射时序重复PRT1～PRT5的发射时序，即在PRT1n～PRT5n(n>1)的信号发射时间内分别按照PRT1～PRT5的信号发射时序循环发射不同的雷达信号，照射5个子测绘带。
图3本申请实施例提供的高分宽幅SAR的波束照射几何示意图，如图3所示，卫星在方位向为0位置，高度为h1和发射信号的时序对应PRI1的脉冲发射时序的情况下，连续切换发射5个频谱不重叠的雷达信号分别照射5个子测绘带，依此类推可以得到卫星在Xi(i>1)位置的雷达成像过程。其中，Xi＝V*PRT*i，V表示卫星的瞬时速度，PRT表示脉冲重复时间。
(2)抑制距离模糊
该系统通过连续切换发射多个频谱不重叠的雷达信号照射不同子测绘带，实现对回波信号的距离模糊的抑制。图3中，假设卫星在方位向为0位置照射5个子测绘带的中心斜距分别为R_1，R_2，R_3，R_4和R_5。并且，它们的关系可以被描述为公式(6-1)。其中，假设SAR系统的脉冲重复时间PRT＝T，Swath为子测绘带的幅宽，C为光的传播速度。
Figure BDA0002376367610000131
假设SAR在X1，X2…位置发射雷达信号的时刻分别为t_1，t_2，t_3…等。并假设其照射5个子测绘带的信号分别为B_i1，B_i2，B_i3，B_i4和B_i5，其中i∈{1,2,3,4,…}表示发射雷达信号的方位向的时间ti的下标。那么在不同时刻照射不同子测绘带的雷达信号的传播路径的关系可以被描述为公式(6-2)和(6-3)。其中Rij表示Bij信号的双程传播路径，j表示雷达照射第j子测绘带。
Figure BDA0002376367610000141
Figure BDA0002376367610000142
在满足如上关系式的前提下，即可得到如图4所示的回波信号。其中与同一弧线相交的雷达信号在同一个PRT内被连续接收，并且第5和第6弧线所对应的回波信号(本申请的各图中简称为回波)的接收时序如图5所示，在子测绘带1中PRT5回波接收窗内接收到了PRT1-4的模糊信号，会对PRT5造成距离模糊。因为PRT1-4的回波信号和PRT5的回波信号处于不同的频带信号，所以可以通过频域滤波的方式消除距离模糊。
那么可知卫星在第i位置(i>4)照射第j子测绘带的回波信号的距离模糊主要来源于卫星在第i-1、i-2、i-3…位置照射第j子测绘带的天线方向图的旁瓣照射到第j+1、j+2、j+3…子测绘带的回波信号的干扰。由于卫星在方位向的第i，i+1、i+2…位置照射第j子测绘带的雷达信号为B_1、B_3、B_5、B_2和B_4的循环，那么每个子测绘带的回波信号的第1、2、3和4距离模糊区的模糊能量可以通过频域滤波被移除。因此，该HRWS系统的距离模糊信号比(Range Ambiguity SignalRatio，RASR)可以被描述为公式(6-4)。
Figure BDA0002376367610000143
下标n∈{5,6,…,N}为第n模糊回波，N为距离模糊区的数目，G2(θ)为双程天线方向图，σ0(θn)为第n模糊区域中心的后向散射系数，Rn为第n模糊区域中心的距离，ηn为第n模糊区域的入射角，σ0(θmain)为波束照射目标区域的后向散射系数，Rmain为天线相位中心到目标的距离，ηmain为天线波束照射目标的入射角。
因为在总的距离模糊中，第1、2、3和4模糊区域的回波信号占据了极大部分的模糊能量。因此，该成像方法可以实现对回波信号距离模糊的抑制。
(3)距离向的高分辨率成像
该系统的距离向高分辨率成像流程如图6所示。该距离向成像流程主要包括4部分：1)在满足如上公式所描述的几何关系时可以得到不重叠的各子测绘带的回波信号；2)对获取的回波信号进行频域滤波移除距离模糊；3)在连续的5个PRT内得到单个子测绘带的5个子频带的回波信号；4)在频域对5个子频带信号进行拼接，并进行脉冲压缩即可得到距离向高分辨率的SAR图像。
(4)方位向的高分辨率成像
假设该HRWS-SAR系统的方位向多普勒带宽为BP，方位向的过采样率为1.2。那么整个系统的PRF＝1.2BP，每个子频带信号的PRF′＝0.24BP。因此，5个子频带信号均不能满足奈奎斯特采样定律，处于欠采样状态。为了实现对每个子频带信号的充分采样，可以使用方位向多通道技术对方位向的回波信号进行重构，并进行方位向脉冲压缩得到方位向高分辨率的SAR图像。
方位向多通道的信号重构流程如图7所示。其主要包括3部分：1)将信号变换至频率域，得到混叠的方位向回波信号，如图8所示，采用1.2倍的过采样率时，采样率不足时，(每个信号的采样率为0.24PRF，不满足奈奎斯特采样定理，方位向会发生频谱的混叠现象)，采用多通道的方式，沿着一个方位向有5个接收天线，分别接收信号，得到图中所示方位向回波信号；2)使用距离向波束形成方法对多个子通道的回波进行加权，得到去模糊的多普勒频谱；3)将去模糊的多个多普勒频谱进行拼接得到完整的方位向多普勒频谱，并进行方位向脉冲压缩，得到方位向高分辨率的SAR图像。
(5)系统的波束位置设计
根据用户所要求的卫星轨道高度、视角(入射角)范围、成像幅宽和波束重叠率，可以设计出SAR系统波束位置的近端视角，远端视角和波束宽度。
合成孔径雷达系统波束位置的设计需要对PRF进行选择，并且PRF的选择要避开发射干扰(图9所示)和星下点回波干扰(图10所示)的影响，其中，如图9所示，波束宽度为近端视角和远端视角之间照射的区域宽度，其中星下点长度为卫星到地心的距离与地球表面的交点与卫星的距离。如图10所示，为本申请实施例提供的星下点回波干扰示意图，一个脉冲发射时间内，波束照射近地点的双程斜距，在PRT中接收到的回波信号包含星下点反射的回波，虚线曲线部分为图9中的近地点到远地点的回波信号，其中包含的矩形为星下点的回波，可见，星下点的回波会对接收到的回波信号产生干扰。
其中，发射干扰是指：合成孔径雷达天线的收发共用导致雷达在信号发射时间内不能实现对有效回波信号的接收。星载SAR中，天线相位中心与被照射目标的距离很远导致回波信号总是在若干个脉冲后回到雷达接收端。这就可能使得目标的回波信号落在SAR的信号发射时间里，导致有效信息丢失。
由图9可知，为了避开发射干扰，有效回波必须落在同一个PRF内，并且不能与发射脉冲有重叠。因此，如果第一个发射脉冲的回波信号在第n脉冲后回到接收机，那么它必须满足公式(6-5)。
Figure BDA0002376367610000161
其中Tp为发射脉冲的宽度，Tnear和Tfar分别为波束照射近地点和远地点的双程斜距所对应的传播时延，PRF为脉冲重复频率。
其中，星下点是指：卫星的星下点，是卫星与地球中心的连接线与地球表面的交点。星下点回波干扰是指：卫星的星下点反射的回波信号，对测绘带反射的回波信号产生的干扰。因此，SAR系统的PRF的选择需要避免星下点回波与有效回波信号同时到达接收机。如图10所示，如果当前星下点回波与第m(m＝0,1,2…)脉冲前发射的雷达信号的回波同时到达接收机，那么如下公式(6-6)需要被满足，其中Tnadir表示星下点的回波时延。
Figure BDA0002376367610000162
根据发射干扰和星下点回波干扰可以得到SAR系统的斑马图，进而根据发明内容(6-2)中的几何约束关系(公式(6-2)和(6-3))，并利用如图11所示的传统SAR系统波束位置设计流程图可以得到该HRWS-SAR系统的波束位置，通过对系统进行设计，加入了公式(6-2)、(6-3)输出的系统设计参数进入系统后，距离模糊表示为公式(6-4)。
为避免星下点回波干扰和发射干扰，需要设计SAR系统的波束位置，如图11所示，设计过程如下：
步骤1101：设计SAR系统的性能要求，其中系统的性能要求包括系统分辨率，测绘幅宽，噪声等效后向散射系数(Noise Equivalent Sigma Zero，NESZ)，模糊度要求，供电能力要求和体积重量要求；
步骤1102：根据设计的SAR系统的性能要求，设计系统参数；
根据系统设定的分辨率设计出系统的发射带宽；根据系统分辨率和NESZ设计方位向天线长上限；根据系统分辨率和系统的模糊度要求，设计脉冲重复频率下限；根据测绘幅宽和NESZ要求设计方位向天线上限长度；根据测绘幅宽和模糊度要求设置脉冲重复频率上限；根据供电能力要求及方位向天线长以及体积重量要求，设计天线尺寸。
步骤1103：根据系统设计参数中的脉冲重复频率和天线尺寸，分析系统模糊度及天线增益性能；
步骤1104：判断系统模糊度是否符合系统设计或任务要求；
满足系统设计或任务要求时，根据系统的模糊度、第一系统天线增益和发射带宽分析系统的NESZ；
不满足系统设计或任务要求时，调整系统天线尺寸，得到第二系统天线增益；
步骤1105：根据系统的模糊度、第二系统天线增益和发射带宽分析系统的NESZ；
步骤1106：系统参数确定，判断系统NESZ是否满足系统设计或任务要求；
满足系统设计或任务要求时，输出系统设计参数；
不满足系统设计或任务要求时，进行修改系统性能要求的修改，并根据系统性能要求修改系统设计参数，重复步骤1101至1106，获得输出系统设计参数。
本申请实施例提出的合成孔径雷达成像方法，通过在一个脉冲发射时间内连续切换发射多个频谱不重叠的雷达信号照射不同的目标区域，实现对多个子测绘带的同时观测。在接收端，多个方位向通道以时分复用的方案连续接收多个子测绘带的回波信号。在后期数据处理中，使用距离向频域滤波的方法实现对回波信号距离模糊的有效抑制，并通过距离向的频谱拼接和方位向的多通道重构技术对回波数据进行处理，得到较低距离模糊和高分辨率的宽幅SAR图像，工程可实现性强。由于该HRWS-SAR体制没有使用距离向DBF技术，降低了工程实现的难度。同时，方位向多通道技术已经十分成熟，其可以很容易地被应用于该HRWS-SAR系统。这也表明了该星载HRWS-SAR系统的工程可实现性较强。
举例说明，使用一星载SAR的系统参数进行仿真实验，表1为仿真实验的星载SAR系统的系统参数，对该SAR系统分别进行距离向高分辨率成像、方位向的多通道重构和系统的波束位置设计。
表1星载SAR系统的系统参数
轨道高度 670Km 天线面积 10m*3m 天线载频 1.26GHz
天线效率 80％ 占空比 20％ 方位向通道数 1T/5R
脉冲宽度 20us 保护脉宽 2us 星下点脉冲 2us
PRF范围 1100～2000Hz 视角范围 12～62° 带宽 150MHz
(1)距离向的高分辨率成像
根据图6的距离向高分辨率成像流程图，可以实现对该HRWS-SAR系统距离向的高分辨率成像。其仿真实验的结果如图12和表2所示。表2为图12中压缩脉冲的PSLR/ISLR/主瓣宽度。可见，在距离向，未拼接的信号与频谱拼接后的信号，从图中可以看出频谱拼接后信号比原始信号窄很多，结合表格2中，主瓣宽度一列可以看出，频谱拼接后的主瓣宽度由9.2变为2，说明距离向的主瓣宽度变小，分辨率变高，距离向的图像更清晰。进行距离向频谱拼接后的压缩脉冲的分辨率相比于没有进行拼接的情况提升了大约5倍，可以看出，HRWS-SAR系统可以通过距离向频谱拼接的方法获得距离向高分辨率的SAR图像。
表2图12中压缩脉冲的PSLR/ISLR/主瓣宽度
属性 PSLR(dB) ISLR(dB) 主瓣宽度(m)
没有拼接 -13.2668 -9.4502 9.2000
频谱拼接 -13.3200 -8.8082 2(与9.2的比值为0.2174)
(2)方位向的多通道重构
按照图7所示的方位向多通道的信号重构流程图，可以实现对回波信号方位向的重构，获取高方位向分辨率的SAR图像。该系统的回波信号发生方位向混叠的频谱如图8所示，图8中可以看出，SAR系统的回波信号在方位向会接收多个回波信号，所接收的回波信号会混叠起来。对其使用方位向多通道技术得到的实验仿真结果如图13所示。按星载雷达按顺序发射不同带宽的信号，照射目标对象，对图像进行方位向多通道重构和脉冲压缩得到图13所示的方位向高分辨率图像。其中，图13的(1)中所示为方位多通道重构的信号频谱与参考信号频谱的对比图，重建信号的频率集中在-1500HZ至1500HZ，振幅值集中在150至200；参考信号的频率也集中在-1500HZ至1500HZ，振幅值也集中在150至200，重构的信号频谱基本与参考信号的频谱一致。图13的(2)中所示为两个信号进行匹配滤波的压缩脉冲结果图，横轴为相对时间，可以看出，在0处振幅值最大，在振幅最大处，图像的分辨率最高，图像更加清晰。
可以看出，使用方位向多通道技术可以解决方位向信号欠采样的问题，实现对方位向多普勒频谱的去模糊，获取方位向高分辨率的SAR图像。
(3)系统的波束位置设计
基于表1的系统参数，图11所示的系统波束位置设计流程图和如上所述的几何约束条件(公式(6-2)和(6-3))，可以实现对该HRWS-SAR系统波束位置的设计。对该系统的两组波束位置进行设计的结果如图14和表3所示，其中表3为图14中(1)图和(2)图的两组波束位置的参数，Inci_Near和Inci_Far分别为近地端和远地端的入射角。可以看出，虽然该系统波束位置的设计相比于传统SAR增添了附加的约束条件(公式(6-2)和(6-3))，但是依然可以设计出满足SAR系统性能要求的波束位置。图14中(1)图的数据对应表3中的第一组，(2)的数据对应表3中的第二组，可以看出前四列包含五个不同的子测绘带，PRF＝1520Hz时，可对此5个子测绘带进行照射，以这种方式进行照射时，距离模糊如公式(6-4)，性能好。后四列使用PRF＝1448Hz照射，性能也能达到最优。
表3两组波束位置的参数
第一组 Inci<sub>Near</sub>(deg) Inci<sub>Far</sub>(deg) PRF(Hz)
1 12.2485 16.2818 1520
2 35.3668 36.6146 1520
3 46.0909 46.8731 1520
4 53.2980 53.8629 1520
5 58.6808 59.1188 1520
第二组 Inci<sub>Near</sub>(deg) Inci<sub>Far</sub>(deg) PRF(Hz)
1 16.2818 20.3299 1448
2 37.5752 39.0660 1448
3 48.0824 49.0266 1448
4 55.1743 55.8579 1448
5 60.4741 61.0043 1448
基于前述的实施例，本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像装置，该装置包括所包括的各模块、以及各模块所包括的各子模块，可以通过一种合成孔径雷达的成像设备中的处理器来实现；当然也可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(CPU)、微处理器(MPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)等。
图15为本申请实施例数据同步装置的组成结构示意图，如图15所示，所述装置150包括发射模块151、接收模块152、第一处理模块153和第二处理模块154，其中：发射模块151，用于在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；接收模块152，用于接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；第一处理模块153，用于对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；第二处理模块154，用于对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
基于前述的实施例，其中，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数，所述一组内的M个雷达信号按照频谱从小到大的顺序排列，第P个所述雷达信号的起始频率等于第P-1个所述雷达信号的截止频率，其中，P为大于等于2且小于等于M的整数；本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像装置，所述装置包括发射模块、接收模块、第一处理模块和第二处理模块，其中：
发射模块，还用于以M个所述脉冲重复时间为一个周期，循环发射所述M组不同的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；接收模块，用于接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；第一处理模块，用于对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；第二处理模块，用于对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
在一些实施例中，发射模块包括第一确定子模块、第二确定子模块和发射子模块，其中：
第一确定子模块，用于根据公式Xi＝V*T*i，确定第i个所述脉冲重复时间的雷达信号在方位向上的发射位置；其中，Xi是第i个脉冲重复时间在所述方位向上的发射位置，V表示在所述方位向上运动的雷达的瞬时速度，T表示所述脉冲重复时间；
第二确定子模块，用于根据光速C、所述脉冲重复时间T、子测绘带的幅宽Swath，确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；
发射子模块，用于在所述发射位置Xi上，以中心斜距Rij向第j个子测绘带发射第imod M组雷达信号，i为大于等于1的整数，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测。
在一些实施例中，第二确定子模块，还用于根据
Figure BDA0002376367610000221
Figure BDA0002376367610000222
确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；其中，Ri1表示所述发射位置Xi向所述第1个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距，C表示光速，Swath表示子测绘带的幅宽；j表示雷达照射第j子测绘带；或者，根据
Figure BDA0002376367610000223
确定所述发射位置Xi上发射雷达信号的第j个中心斜距Rij与发射位置Xi+n上发射雷达信号的第j-n个中心斜距R(i+n)(j-n)之间的关系；其中，所述n为大于1且小于j的整数。
在一些实施例中，第二处理模块包括傅里叶变换子模块、滤波子模块、频谱拼接子模块和脉冲压缩子模块，其中：
傅里叶变换子模块，用于对每一所述距离向成像的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到频率域的混叠的回波信号；滤波子模块，用于使用距离向波束形成方法对所述每一频率域的方位向混叠的回波信号进行滤波，得到每一方位向去模糊的多普勒频谱；频谱拼接子模块，用于将所述每一方位向去模糊的普勒频谱进行频谱拼接，得到每一完整的方位向多普勒频谱；脉冲压缩子模块，用于对所述每一完整的方位向多普勒频谱进行方位向脉冲压缩，得到所述对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的一种合成孔径雷达的成像方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台一种合成孔径雷达的成像设备(可以是个人计算机、服务器等电子设备)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
对应地，本申请实施例提供一种合成孔径雷达的成像设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例提供的方法中的步骤。
对应地，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的方法中的步骤。
这里需要指出的是：以上存储介质和设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，图16为本申请实施例中一种合成孔径雷达的成像设备的一种硬件实体示意图，如图16所示，该设备160的硬件实体包括：处理器161、通信接口162和存储器163，其中
处理器161通常控制设备160的总体操作。
通信接口162可以使设备通过网络与其他终端或服务器通信。
存储器163配置为存储由处理器161可执行的指令和应用，还可以缓存待处理器161以及设备160中各模块待处理或已经处理的数据，可以通过闪存(FLASH)或随机访问存储器(Random Access Memory，RAM)实现。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台设备执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种合成孔径雷达的成像方法，其特征在于，所述方法包括：
在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个频谱不重叠的雷达信号为M组不同的雷达信号中的一组，所述一组内的M个雷达信号之间具有不同的频带；其中，M为大于等于1的整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一组内的M个雷达信号按照频谱从小到大的顺序排列，第P个所述雷达信号的起始频率等于第P-1个所述雷达信号的截止频率，其中，P为大于等于2且小于等于M的整数；
对应地，所述在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，包括：在一个脉冲重复时间内，将一组内的M个雷达信号按照特定的时序进行发射。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频带不重叠的雷达信号包括：
以M个所述脉冲重复时间为一个周期，循环发射所述M组不同的雷达信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述以M个所述脉冲重复时间为一个周期，循环发射所述M组不同的雷达信号，包括：
根据公式Xi＝V*T*i，确定第i个所述脉冲重复时间的雷达信号在方位向上的发射位置；其中，Xi是第i个脉冲重复时间在所述方位向上的发射位置，V表示在所述方位向上运动的雷达的瞬时速度，T表示所述脉冲重复时间；
根据光速C、所述脉冲重复时间T、子测绘带的幅宽Swath，确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；
在所述发射位置Xi上，以中心斜距Rij向第j个子测绘带发射第i mod M组雷达信号，i为大于等于1的整数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据光速C、所述脉冲重复时间T、子测绘带的幅宽Swath，确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij，包括：
根据
Figure FDA0002376367600000021
确定所述发射位置Xi向所述第j个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距Rij；其中，Ri1表示所述发射位置Xi向所述第1个子测绘带发射的雷达信号的中心斜距，C表示光速，Swath表示子测绘带的幅宽；j表示雷达照射第j子测绘带；或者，
根据
Figure FDA0002376367600000022
确定所述发射位置Xi上发射雷达信号的第j个中心斜距Rij与发射位置Xi+n上发射雷达信号的第j-n个中心斜距R(i+n)(j-n)之间的关系；其中，所述n为大于1且小于j的整数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号之前，所述方法还包括：
对所述j个子测绘带的回波信号分别进行频域滤波，得到消除距离模糊的多个回波信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像，包括：
对每一所述距离向成像的回波信号进行方位向傅里叶变换，得到频率域的混叠的回波信号；
使用距离向波束形成方法对所述每一频率域的方位向混叠的回波信号进行滤波，得到每一方位向去模糊的多普勒频谱；
将所述每一方位向去模糊的普勒频谱进行频谱拼接，得到每一完整的方位向多普勒频谱；
对所述每一完整的方位向多普勒频谱进行方位向脉冲压缩，得到所述对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
9.一种合成孔径雷达的成像装置，其特征在于，所述装置包括：
发射模块，用于在一个脉冲重复时间内向测绘带发射多个频谱不重叠的雷达信号，以实现对所述测绘带内的多个不同子测绘带同时进行观测；
接收模块，用于接收所述多个不同子测绘带反射的多个回波信号；
第一处理模块，用于对所述多个回波信号中的每一依次进行距离向频谱拼接和脉冲压缩，得到距离向成像的回波信号；
第二处理模块，用于对每一所述距离向成像的回波信号依次进行方位向多通道重构和脉冲压缩，得到对应子测绘带的合成孔径雷达图像。
10.一种合成孔径雷达的成像设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至8任一项所述方法中的步骤。
11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法中的步骤。
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