CN111458711A - 星载双波段sar系统和舰船目标的探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达技术领域，提供一种星载双波段SAR系统和大范围海面舰船目标的探测方法，包括：S波段SAR、X波段SAR和信号处理模块；S波段SAR用于对大范围海面上的舰船目标进行扫描式探测，获取预设幅宽范围内的舰船目标回波信号；信号处理模块用于根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，若存在，则确定所述X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR；X波段SAR用于对所述目标区域进行高分辨率成像探测。本发明的探测幅宽大，分辨率高，相比于多入多出星载SAR，本发明具有系统复杂度低、回波数据量低、信息时效性高等优势。

Description

星载双波段SAR系统和舰船目标的探测方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种星载双波段SAR系统和舰船目标的探测方法。

背景技术

大范围海面舰船目标成像与探测一直是科学研究热点，星载SAR能够穿云透雾，可以实现全天时全天候对海观测，所以大量应用于海面舰船目标的高分辨率成像与探测。传统星载SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)受天线面积与工作模式等限制，难以实现高分宽幅成像探测，无法满足大范围海面舰船目标探测与识别的要求。

近年来，多通道星载SAR、多输入多输出(Multiple-In Multiple-Out，MIMO)星载SAR等新体制SAR技术被相继提出，以解决高分宽幅成像难题，例如德国宇航中心于2015年提出一种MIMO多模式SAR成像技术，能实现1～1.5m分辨率和100km幅宽的成像能力。这些新体制的多通道星载SAR已经将系统品质因子从传统的1万提升至10万左右，具备了高分宽幅成像能力，但该类多通道星载SAR具有系统复杂度高、回波数据率高、信息时效性差等问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种星载双波段SAR系统和舰船目标的探测方法，以解决现有技术中的多通道星载SAR具有系统复杂度高、回波数据率高和信息时效性差等问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种载双波段SAR系统，包括：S波段SAR、X波段SAR和信号处理模块；

所述S波段SAR，用于对海域上的舰船目标进行扫描式探测，获取预设幅宽范围内的舰船目标回波信号；

所述信号处理模块，用于根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，若存在，则确定所述X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR；

所述X波段SAR，用于对所述目标区域进行成像探测。

进一步地，所述S波段SAR的天线方位向口径为5.6m～6.0m，且所述S波段SAR在方位向的波束探测角度范围大于±3°；

所述X波段SAR的天线方位向口径为3.3m～3.5m，且所述X波段SAR在方位向的波束探测角度范围大于±10°。

进一步地，所述星载双波段SAR系统包括S波段与X波段的共口径微带阵列天线，所述共口径微带阵列天线的距离向口径为0.95m～1.05m。

本发明实施例的第二方面提供了一种舰船目标的探测方法，包括：

获取舰船目标回波信号，所述舰船目标回波信号为S波段SAR对海域上的舰船目标进行扫描式探测并接收的预设幅宽范围内的信号；

根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标；

若存在，则确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR对所述目标区域进行成像探测。

进一步地，根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，包括：

对所述舰船目标回波信号依次进行方位向多尺度积累和距离向脉冲压缩处理；

将处理后的所述舰船目标回波信号进行海杂波模型估计；

对海杂波模型估计后的所述舰船目标回波信号进行并行恒虚警检测，得到多个舰船目标信息；

根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标。

进一步地，对所述舰船目标回波信号进行方位向多尺度积累，包括：

通过

t'_a＝n'·K/f_PRP,n'∈[-N_a/2K,N_a/2K]

得到多尺度积累后的所述舰船目标回波信号S_K(t_r,t'_a)；其中，s(t_r,t_a)为原始的舰船目标回波信号，t_a为方位向时间采样间隔，K为方位向多尺度积累因子，t_r为距离向时间采样间隔，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，

为方位向的信号相位补偿量，f_PRP为所述S波段SAR的信号频率。

进一步地，根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标，包括：

将所述多个舰船目标信息进行归一化处理，将多个归一化后的所述舰船目标信息按照电磁散射强度进行排序；

判断排序后的所述电磁散射强度是否满足预设散射条件；

将与满足所述预设散射条件的电磁散射强度对应的舰船目标确定为所述重点舰船目标。

进一步地，将所述多个舰船目标信息进行归一化处理，包括：通过

N_min＝min{N_p},p＝1,2,...,P，N_p＝g(N_a/K_p),K_p∈[1,N_a]

得到第p个归一化后的舰船目标信息

其中，N_p为多尺度积累后的方位向采样点总数，P为舰船目标信息的个数，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，g(·)为向上取整操作，

为第p个原始的舰船目标信息，M为所述预设幅宽范围内的距离门总数，S_p为方位向归一化因子。

进一步地，确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，包括：

计算所述重点舰船目标的位置信息；

根据所述位置信息和所述X波段SAR的条带成像幅宽，确定多个所述X波段SAR进行成像的目标区域；

根据系统当前位置与所述X波段SAR的波束调节角度，对多个所述目标区域进行分时条带成像任务规划。

进一步地，所述舰船目标的探测方法还包括：

在所述目标区域的个数小于所述X波段SAR的最大连续成像条带数时，启动所述X波段SAR对所有的所述重点舰船目标进行成像探测。

本发明实施例的星载双波段SAR系统和舰船目标的探测方法与现有技术相比存在的有益效果是：系统主要包括S波段SAR、X波段SAR和信号处理模块，体积小，探测幅宽大，分辨率高；S波段SAR对大范围海面上的舰船目标进行扫描式探测，获取预设幅宽范围内的舰船目标回波信号，然后信号处理模块根据舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，若存在，则确定X波段SAR对重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动X波段SAR，X波段SAR对目标区域进行高分辨率成像探测，相比于多入多出星载SAR，本发明具有系统复杂度低、回波数据量低、信息时效性高等优势。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种星载双波段SAR系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的S波段与X波段共口径天线的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的共口径天线子阵的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种舰船目标的探测方法的实现流程示意图；

图5是图4中步骤S402的具体实现流程示意图；

图6是图5中步骤S504的具体实现流程示意图；

图7是图4中步骤S403的具体实现流程示意图；

图8是本发明实施例提供的舰船目标的探测方法的场景示意图；

图9是本发明实施例提供的S波段SAR与X波段SAR的距离向波束覆盖的示意图；

图10是本发明实施例提供的X波段SAR对多个舰船目标区域进行多波束分时条带成像的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，为本实施例中星载双波段SAR系统的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本实施例的星载双波段SAR系统主要包括：S波段SAR110、X波段SAR120和信号处理模块130。S波段SAR110和X波段SAR120均与信号处理模块130连接。

由于海面舰船目标分布具有稀疏性与广域性，无需星载SAR对整个海域进行成像，可以先进行大范围搜索目标，再对有目标区域进行成像。考虑到同样探测条件下，雷达工作波长越长，海面杂波能量越低，越利于舰船目标的检测，而长波长的雷达分辨率却有限。所以本实施例综合考虑海面舰船目标的检测与成像性能，先采用S波段SAR110对大范围海域舰船目标进行检测，再利用X波段SAR120对检测出的舰船目标进行高分辨率成像，从而实现广域舰船目标的星载双波段SAR联合高分辨率成像与探测能力。

具体的，S波段SAR110对大范围海面上的舰船目标进行扫描式探测，获取预设幅宽范围内的舰船目标回波信号；信号处理模块130根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，若存在，则确定X波段SAR120对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动X波段SAR120；然后X波段SAR120对所述目标区域进行高分辨率成像探测，得到重要舰船目标的高分辨率的SAR图像，处理过程简单，加快了目标检测速度，且图像分辨率高，实时性好。由于海面舰船目标分布的稀疏性与广域性，所以本实施例的星载双波段SAR系统也满足对200km幅宽范围内的重点舰船目标进行2m高分辨率成像需求。

进一步地，S波段SAR110获取大范围海域内舰船目标的回波信号，信号处理模块可以对不同电磁散射强度的舰船目标进行方位向积累，提升SCNR(Signal-to-Clutter-NoiseRatio，信号杂波噪声比)，对不同电磁散射强度的舰船目标进行距离向脉冲压缩，进一步提升SCNR；同时信号处理模块还估计处理后的不同方位向的海杂波功率分布规律，检测不同电磁散射强度的舰船目标，实现了对大范围海域的舰船目标进行快速检测，还可以对检测出的舰船目标按电磁散射强弱进行排序，并根据实际探测任务确定出此次探测任务中的重点舰船目标。

信号处理模块130还用于求解所述重要舰船目标的位置信息，根据所述位置信息对多个舰船目标区域进行优化与规划，制定X波段SAR120的条带成像的探测任务顺序，启动X波段SAR120。同时，信号处理模块还调整X波段SAR120的天线的波束指向，使X波段SAR120对多个目标区域进行分时的高分辨率条带成像。另外，信号处理模块还用于截取重要舰船目标的回波数据，并进行数据压缩，压缩后的数据传出给下行接收设备等，大幅降低星地数据传输压力。应理解，本实施例对信号处理模块130的具体结构不进行限定。

在一个实施例中，星载双波段SAR系统可以包括S波段与X波段的共口径微带阵列天线，距离向口径可以为0.95m～1.05m，提高S波段SAR中分辨率宽幅探测能力与X波段SAR高分辨率条带成像性能。参照图2，星载双波段SAR系统包括：S波段阵列天线10、S波段与X波段的共口径阵列天线20、S波段阵列天线30和双波段SAR天线支架40。S波段天线阵元10包括S波段天线辐射单元101，S波段天线阵元30包括S波段天线辐射单元301，S波段天线辐射单元101和S波段天线辐射单元301均可以采用微带天线形式，S波段阵列天线10和S波段阵列天线30均用于将辐射与接收S波段电磁波，增大了S波段天线面积，减小了S波段SAR的方位向多普勒频率带宽；共口径阵列天线20用于降低双波段天线面积与重量，双波段SAR天线支架40用于支撑与固定双波段SAR天线。其中，S波段阵列天线10、共口径阵列天线20中的S波段阵列天线部分、S波段阵列天线30三部分共同组成完整的S波段SAR110。

如图3所示，双波段共口径天线子阵201可以包括9个X波段天线辐射单元2010与1个S波段天线辐射单元2011，两种天线辐射单元均可以采用微带天线形式，双波段共口径天线子阵201用于同时辐射与接收双波段电磁波。应理解，以上实施例仅是对星载双波段SAR系统的具体结构进行举例说明，并不是对星载双波段SAR系统的结构的限定，本实施例对S波段天线阵元和双波段共口径天线子阵的具体结构不进行限定，对双波段共口径天线子阵中X波段天线辐射单元与S波段天线辐射单元的个数也不进行限定。

可选的，S波段SAR110的天线方位向口径可以为5.6m～6.0m，且S波段SAR110在方位向的波束探测角度范围可以大于±3°；X波段SAR120的天线方位向口径可以为3.3m～3.5m，且X波段SAR120在方位向的波束探测角度范围可以大于±10°。参照图8，星载双波段SAR系统的轨道高度为540～560km，采用双波段共口径天线技术，S波段SAR110利用三个波束对200km幅宽的海域进行分时扫描探测，S波段SAR110的中心频率为3.22GHz，频率带宽为70～90MHz，距离向分辨率与方位向分辨率分别优于5m与10m，一个合成孔径长度约为10km；X波段SAR120对多个含有舰船的目标区域进行分时高分辨率条带成像，X波段SAR120的中心频率为9.45GHz，频率带宽为200～240MHz，成像幅宽约为20km，距离向分辨率与方位向分辨率分别优于1.5m与2.0m，一个合成孔径长度约为5km。

具体的，参照图2，完整的S波段SAR110的天线口径为L₂×W，X波段SAR120的天线口径为L₁×W，双波段天线的共口径比为L₂/L₁。为了减小方位向模糊与距离向模糊，同时降低双波段天线重量，本实施例的S波段SAR110的天线的方位向长度可以为5.6m～6.0m，X波段SAR120的天线的方位向长度可以为3.3m～3.5m，共口径天线的宽度均为0.95m～1.05m。

上述实施例的星载双波段SAR系统，采用了双波段天线共口径技术，复杂度低，降低了系统重量与双波段天线面积，有利于小卫星平台搭载，且信息时效性高、回波数据率低，提高了S波段SAR110中分辨率宽幅探测能力与X波段SAR120高分辨率条带成像性能；另外S波段SAR110可以探测大幅宽海域，且减小了S波段SAR110的方位向多普勒频率带宽，X波段SAR120进行高分辨率的成像探测，分辨率高，实时性好。

本实施例还提供了一种舰船目标的探测方法，参见图4，为舰船目标的探测方法的一个实施例实现流程示意图，详述如下：

步骤S401，获取舰船目标回波信号，所述舰船目标回波信号为S波段SAR对海域上的舰船目标进行扫描式探测并接收的预设幅宽范围内的信号。

具体应用中，在一个合成孔径时间内海面舰船目标的稀疏分布主要体现在距离向，在轨实时处理的主要目标是提取距离向稀疏的舰船目标，进而可以提升在轨处理效率。根据高分辨率SAR条带成像要求，需要完整的一个合成时间内的所有回波信号，因此舰船目标的方位向定位精度要求较低，如km级的方位向定位精度即可满足要求，所以本实施例采用了S波段SAR对大范围海面上的舰船目标进行扫描式探测并接收的预设幅宽范围内的信号。

步骤S402，根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标。

进一步地，参见图5，步骤S402中所述的根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标的具体实现流程包括：

步骤S501，对所述舰船目标回波信号依次进行方位向多尺度积累和距离向脉冲压缩处理。

为了快速处理S波段SAR的回波信号，以及可以在轨实时检测出大范围海域舰船目标，本实施例先对S波段SAR的回波信号进行方位向多尺度积累，再进行距离向脉冲压缩，提高回波信号处理效率，保证舰船目标检测可靠性。

本实施例可以根据探测任务对舰船目标散射强弱的类型数量要求，选择不同方位向的多尺度积累因子分别对S波段SAR的回波信号进行多尺度积累处理。可选的，通过

t'_a＝n'·K/f_PRP,n'∈[-N_a/2K,N_a/2K]

得到多尺度积累后的舰船目标回波信号S_K(t_r,t'_a)；其中，s(t_r,t_a)为原始的舰船目标回波信号，K为方位向多尺度积累因子，t_a为方位向时间采样间隔，t_a＝n·K/f_PRP,n∈[-N_a/2,N_a/2]，t_r为距离向时间采样间隔，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，

为方位向各道信号的相位补偿量，f_PRP为所述S波段SAR的信号频率。

通过调整方位向多尺度积累因子K，可以不同程度的提升S波段SAR回波信号的SCNR。示例性的，对于强散射舰船目标检测，方位向多尺度积累因子可以取较小值，例如K≈10；对于中等散射舰船目标检测，方位向多尺度积累因子可以取K≈50；对于弱散射舰船目标检测，方位向多尺度积累因子可以取K≈500。方位向多尺度积累因子K的具体取值范围可以根据探测任务需要进行设置。

由于方位向多尺度积累处理为线性操作，较易实现在轨实时处理，所以本实施例先对SAR回波信号进行方位向多尺度积累处理，再进行距离向脉冲压缩，既能提升舰船目标信号的SCNR，又能提升舰船目标信号处理效率，处理效率提高约K倍。该方法虽然牺牲了一定的方位向分辨率，但不影响舰船目标的检测性能。不同的方位向多尺度积累因子得到的数据处理结果不同，随着K值增大，雷达回波SCNR逐渐提高，舰船目标越容易被检测出来。

步骤S502，将处理后的所述舰船目标回波信号进行海杂波模型估计。

步骤S503，对海杂波模型估计后的所述舰船目标回波信号进行并行恒虚警检测(Constant False-Alarm Rate，CFAR)，得到多个舰船目标信息。

步骤S504，根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标。

可选的，参见图6，步骤S503中所述的根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标的具体实现流程包括：

步骤S601，将所述多个舰船目标信息进行归一化处理，将多个归一化后的所述舰船目标信息按照电磁散射强度进行排序。

不同尺度的方位向积累对舰船目标信号的SCNR提升水平不同，采用相同虚警率的CFAR舰船检测方法检测出的舰船目标数量也不同，且具有不同类型的散射强度，所以本实施例根据方位向多尺度处理与相应CFAR舰船检测获得的不同舰船目标，按不同电磁散射强弱进行排序。

假设经过P个不同尺度方位向处理及相应CFAR舰船检测方法，获得P个的舰船目标矩阵为

p＝1,2,...,P，其中，M为整个探测幅宽内的距离门总数，N_p为经过方位向多尺度后的方位向采样点总数，N_p＝g(N_a/K_p)，K_p∈[1,N_a]，g(·)为向上取整操作。舰船目标矩阵

的所有元素的取值为0或1，当取值为0时，代表矩阵在该位置没有舰船目标，当取值为1时，代表该位置有舰船目标。由于S波段SAR探测幅宽约为200km，距离向分辨率优于5m，而方位向合成孔径长度约为10km，因此M＞＞N_p，p＝1,2,...,P。

进一步地，为了对方位向多尺度积累处理与CFAR检测出的舰船目标进行散射强弱排序，本实施例将多个舰船目标矩阵

归一化至同一尺度。可选的，本实施可以通过

N_min＝min{N_p},p＝1,2,...,P，N_p＝g(N_a/K_p),K_p∈[1,N_a]

得到第p个归一化后的舰船目标信息

其中，N_p为多尺度积累后的方位向采样点总数，P为舰船目标信息的个数，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，g(·)为向上取整操作，

为第p个原始的舰船目标信息，M为所述预设幅宽范围内的距离门总数，S_p为方位向归一化因子。然后根据

进行逻辑判断得到新的舰船目标矩阵

从实际海面舰船目标探测可知，

在距离向是非常稀疏的，在同样的检测虚警率下，当方位向多尺度积累因子K_p越大，船海对比度越高，舰船目标检测概率越大。因此，当K_p较小时，检测出的目标多数为强散射舰船目标，当K_p较大时，检测出的目标包括强散射舰船目标与中强散射舰船目标；当K_p很大时，检测出的目标包括强散射舰船目标、中强散射舰船目标与弱散射舰船目标。

进一步地，假设K_p+1＞K_p，p＝1,2,...,P，则可以将P个舰船目标矩阵

做相邻相减运算获得P类不同散射强度的舰船目标，即通过

得到包括P类不同散射强度的舰船目标矩阵

其中，

矩阵的全部元素为0。当

元素为1时，表示有舰船目标；当

元素为0时，表示没有舰船目标。P值越小，则舰船目标矩阵

中的舰船目标散射强度就越大。P的取值可以根据海面舰船目标探测实际任务进行选取，即对哪几类散射强度的舰船目标进行精细成像与探测。可选的，本实施例的P的取值范围为[2,10]。同时，本实施例还可以根据星载雷达的轨道参数、卫星位置、S波段SAR的波束指向等信息，计算出各类散射强度舰船目标的二维平面位置。

步骤S602，判断排序后的所述电磁散射强度是否满足预设散射条件。

步骤S603，将与满足所述预设散射条件的电磁散射强度对应的舰船目标确定为所述重点舰船目标。

步骤S403，若存在，则确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR对所述目标区域进行成像探测。

示例性的，S波段SAR获取200km幅宽范围海域内的舰船目标回波信号，对200km范围内的舰船目标进行快速检测，包括方位向多尺度积累、距离向脉冲压缩、海杂波估计与CFAR检测等；然后将检测出的舰船目标按电磁散射强弱进行排序，根据探测任务的电磁散射强度要求，对满足条件的舰船目标进行筛选，并给出探测任务需要检测的舰船目标类型，预设散射条件可以包括雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)或散射强度条件等；判断200km幅宽范围内是否包含探测任务重点关注的舰船目标，如果没有符合条件的舰船目标，则不启动X波段SAR进行成像任务，如果发现符合条件的舰船目标，则启动X波段SAR对应波束的条带成像任务。

可选的，参见图7，步骤S403中所述的确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域的具体实现流程包括：

步骤S701，计算所述重点舰船目标的位置信息。

具体的，获得排序后的P类不同散射强度的舰船目标数据集

散射强度可以依次降低，假设对海探测任务重点关注前Q类散射强度的舰船目标，则对前Q个舰船目标矩阵进行求和操作，获得包含前Q类散射强度舰船目标的矩阵

即

在

元素为0时，表示没有重点关注的舰船目标类型；

元素为1时，表示有重点关注的舰船目标类型，然后根据卫星轨道参数、S波段SAR波束指向、卫星位置等信息，可以得出矩阵

中舰船目标的位置矩阵

进一步地，由于海面舰船目标分布呈现出较强稀疏性，而合成孔径条带成像需要一个完整的合成孔径时间，且X波段SAR分时条带成像数量有限，因此本实施例将同一距离门上的不同方位向位置的多个舰船目标等效为一个舰船目标，并对该等效后的舰船目标进行高分辨率X波段SAR条带成像。具体的，将同一距离门上的不同方位向位置的多个舰船目标等效为一个舰船目标，获得舰船目标的距离向位置信息向量W_M，具体可以通过

获得舰船目标的距离向位置信息向量W_M；其中，

为将

的同一距离门、不同方位向位置的多个舰船目标等效为一个舰船目标的目标向量，该目标向量仅包含舰船目标的精确的距离向位置信息，而方位向位置信息误差较大(约一个合成孔径长度)，f(·)为根据卫星位置、S波段SAR天线波束指向、采样间隔与几何位置等计算出舰船目标距离向位置的函数。

步骤S702，根据所述位置信息和所述X波段SAR的条带成像幅宽，确定多个所述X波段SAR进行成像的目标区域。

示例性的，参见图9，将X波段SAR的9个波束沿方位向与距离向分解，重点关注距离向位置信息。根据卫星位置、X波段SAR波束指向、采样间隔与几何位置等计算出每个波束在距离向的位置覆盖范围X_h,h＝1,2,...,9，且随着X波段SAR的入射角增大，索引值h也增大，对应波束的距离向覆盖范围X_h也增大，即X_h＜X_h+1，如图7所示。逐个比较舰船目标的距离向位置向量W_M与9个波束的距离向位置覆盖范围X_h，即可确定X波段的条带成像个数与相应波束指向。

假设W_M中包含U个舰船目标位置，将U个舰船目标位置重新记为向量

根据

判断X波段SAR的9个波束是否进行条带成像，若元素为1，表示对该波束对应的子测绘带进行成像；若元素为0，表示不需要对该波束对应的子测绘带进行成像。具体如下：

获得成像向量Λ_h。根据成像向量Λ_h可以快速对多个需要成像的舰船目标区域进行规划。从雷达方程角度考虑，应尽量减少X波段SAR的9个波束对应的测绘带回波的信噪比之间差异，可选的，本实施例先对远距离门处的目标区域进行条带成像，后对近距离门处的目标区域进行条带成像。

示例性的，参见图10的(a)，波束9、波束5、波束1覆盖区域存在重点关注的舰船目标类型，即Λ₁＝1，Λ₅＝1，Λ₉＝1，其余元素均为零；参见图10的(b)，给出了X波段SAR分时对波束9、波束5、波束1等三个目标区域进行条带成像示意，先对波束9对应的目标区域进行条带成像，方位向合成孔径时间为T_S1；然后对波束5对应的目标区域进行条带成像，方位向合成孔径时间为T_S2；最后对波束1对应的目标区域进行条带成像，方位向合成孔径时间为T_S3，且T_S1≈T_S2≈T_S3。对于民用舰船，在全球海域具有固定的航道，舰船目标分布并不会均匀稀疏分布，而是呈现聚类型稀疏分布，因此，需要成像的目标区域并不会过多，因此本实施例的方法实用性很强。

步骤S703，根据系统当前位置与所述X波段SAR的波束调节角度，对多个所述目标区域进行分时条带成像任务规划。

具体的，根据检测出的重点舰船目标的位置信息与X波段SAR条带成像幅宽参数，优化H₀个待X波段SAR成像的区域，然后根据优化出的H₀个待成像区域、卫星当前位置与X波段天线波束调整能力等，对H₀个待观测区域进行分时条带成像任务规划，启动X波段SAR天线对某个待观测区域进行高分辨率条带成像探测。

可选的，本实施例的舰船目标的探测方法还包括：在所述目标区域的个数小于所述X波段SAR的最大连续成像条带数时，启动所述X波段SAR对所有的所述重点舰船目标进行成像探测。

当完成X波段SAR条带成像区域优化与规划后，便可利用条带模式对要成像的目标区域进行高分辨率SAR条带成像。一方面，由于X波段SAR天线的方位向口径为L₁∈[3.3m,3.5m]，根据SAR条带成像原理可计算出其方位向分辨率

另一方面，X波段SAR信号带宽为200～240MHz，入射角范围为θ_in∈[22°,45°]，根据SAR距离向分辨率公式计算出其距离向分辨率为

因此本实施例的X波段SAR成像分辨率优于2m。

进一步地，本实施例的舰船目标的探测方法还包括：根据S波段SAR指示的舰船目标位置信息，截取舰船目标区域的距离向少量而方位向完整的X波段SAR回波数据，并进行BAQ数据压缩，降低数据量，最后将仅含舰船目标的X波段SAR回波压缩数据下传至地面接收站。

上述实施例中的舰船目标探测方法具有较高的在轨处理效率，具有大范围海面舰船目标检测与高分辨率成像能力；主要采用了双波段共口径天线技术，能同时工作于S波段与X波段，信息时效性高、回波数据率低，下传数据信息只包含重点关注的舰船目标回波数据，极大的降低了无用海面回波数据；其中，利用S波段SAR对大范围海域舰船目标进行宽幅探测，提取重点关注的舰船目标位置信息，引导X波段SAR对重点关注的舰船位置区域进行高分辨率条带成像，获得相关舰船目标的高分辨率SAR图像，相比于传统星载SAR，本发明的星载双波段SAR联合高分辨率成像与探测技术具有幅宽大、分辨率高等优势；相比于多输入多输出高分宽幅SAR，该星载双波段SAR联合高分辨率成像与探测技术具有系统复杂度低、回波数据量低、信息时效性高等优势。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星载双波段SAR系统，其特征在于，包括：S波段SAR、X波段SAR和信号处理模块；

所述S波段SAR，用于对海域上的舰船目标进行扫描式探测，获取预设幅宽范围内的舰船目标回波信号；

所述信号处理模块，用于根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，若存在，则确定所述X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR；

所述X波段SAR，用于对所述目标区域进行成像探测。

2.如权利要求1所述的星载双波段SAR系统，其特征在于，所述S波段SAR的天线方位向口径为5.6m～6.0m，且所述S波段SAR在方位向的波束探测角度范围大于±3°；

所述X波段SAR的天线方位向口径为3.3m～3.5m，且所述X波段SAR在方位向的波束探测角度范围大于±10°。

3.如权利要求2所述的星载双波段SAR系统，其特征在于，所述星载双波段SAR系统包括S波段与X波段的共口径微带阵列天线，所述共口径微带阵列天线的距离向口径为0.95m～1.05m。

4.一种舰船目标的探测方法，其特征在于，包括：

获取舰船目标回波信号，所述舰船目标回波信号为S波段SAR对海域上的舰船目标进行扫描式探测并接收的预设幅宽范围内的信号；

根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标；

若存在，则确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，并启动所述X波段SAR对所述目标区域进行成像探测。

5.如权利要求4所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，根据所述舰船目标回波信号确定当前探测的海域是否存在重点舰船目标，包括：

对所述舰船目标回波信号依次进行方位向多尺度积累和距离向脉冲压缩处理；

将处理后的所述舰船目标回波信号进行海杂波模型估计；

对海杂波模型估计后的所述舰船目标回波信号进行并行恒虚警检测，得到多个舰船目标信息；

根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标。

6.如权利要求5所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，对所述舰船目标回波信号进行方位向多尺度积累，包括：通过

t'_a＝n'·K/f_PRP,n'∈[-N_a/2K,N_a/2K]

得到多尺度积累后的所述舰船目标回波信号S_K(t_r,t'_a)；其中，s(t_r,t_a)为原始的舰船目标回波信号，t_a为方位向时间采样间隔，K为方位向多尺度积累因子，t_r为距离向时间采样间隔，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，

为方位向的信号相位补偿量，f_PRP为所述S波段SAR的信号频率。

7.如权利要求5所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，根据所述多个舰船目标信息确定是否存在重点舰船目标，包括：

将所述多个舰船目标信息进行归一化处理，将多个归一化后的所述舰船目标信息按照电磁散射强度进行排序；

判断排序后的所述电磁散射强度是否满足预设散射条件；

将与满足所述预设散射条件的电磁散射强度对应的舰船目标确定为所述重点舰船目标。

8.如权利要求7所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，将所述多个舰船目标信息进行归一化处理，包括：通过

N_min＝min{N_p},p＝1,2,...,P，N_p＝g(N_a/K_p),K_p∈[1,N_a]

得到第p个归一化后的舰船目标信息

其中，N_p为多尺度积累后的方位向采样点总数，P为舰船目标信息的个数，N_a为合成孔径时间内的方位向采样点总数，g(·)为向上取整操作，

为第p个原始的舰船目标信息，M为所述预设幅宽范围内的距离门总数，S_p为方位向归一化因子。

9.如权利要求4至8任一项所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，确定X波段SAR对所述重点舰船目标进行成像的目标区域，包括：

计算所述重点舰船目标的位置信息；

根据所述位置信息和所述X波段SAR的条带成像幅宽，确定多个所述X波段SAR进行成像的目标区域；

根据系统当前位置与所述X波段SAR的波束调节角度，对多个所述目标区域进行分时条带成像任务规划。

10.如权利要求9所述的舰船目标的探测方法，其特征在于，所述舰船目标的探测方法还包括：

在所述目标区域的个数小于所述X波段SAR的最大连续成像条带数时，启动所述X波段SAR对所有的所述重点舰船目标进行成像探测。

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