CN113050087A - 一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法。本发明兼顾分辨率匹配和频谱混叠约束来进行子孔径的划分，能够较好的舍弃一些无法成像的采样点，不仅减少了子孔径划分的时间，而且提高了在持续帧成像过程中的成像效果。本发明只涉及对方位向采样点数据的大小判断以及对合成孔径累积角约束的判断，因此，实现也很简单。

Description

一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法。

背景技术

曲线合成孔径雷达是对传统理想轨迹SAR的一种扩展模式，极大的扩展了合成孔径雷达飞行的模式，提高了合成孔径雷达的适应场景。一般来说，曲线合成孔径雷达的频率采用太赫兹波段，由于其带宽高，分辨率高，那么在距离向一定的情况下，其方位向的合成孔径累积角也很小，因此缩短了单帧合成孔径时间。对于传统的匀速圆周运动模式，可以根据合成孔径累积角来将全孔径划分为角度间隔一定的若干个子孔径，从而实现连续帧成像。但对于绕场景曲线运动模式，虽然距离向分辨率不变，但方位向的分辨率受合成孔径累积角影响，其波数分布更为复杂，因此，需要根据载机的实际运动来进行子孔径划分。

关于子孔径的划分方法，已经有不少的研究，其中，主要的方法是自适应子孔径划分方法，其主要的思想是将曲线合成孔径雷达的回波信号从时域转换到波数域上，根据距离向的波数域宽度，来近似方位向波数域宽度，然后寻找满足分辨率匹配的最短子孔径。该方法能够很好的对曲线运动轨迹生成的波数域分布进行子孔径，但由于雷达载机平台在运动过程中，不仅受载机本身运动的不确定性影响，而且也受到成像场景的限制，如高山或者河流的影响。因此仅仅从分辨率匹配方面考虑是不完善的。

发明内容

本发明的目的，就是针对上述问题，提供了一种曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法。该方法在子孔径划分的过程中，兼顾了分辨率匹配以及实际运动轨迹两方面的因素，对自适应的子孔径划分方法进行了优化。在实际运动轨迹中存在着以下的约束：在同一孔径内，如果雷达的不同时刻的回波波数不能发生混叠，如果在波数域内发生重叠，那么会对成像效果造成很大的影响。可用公式表示为：

其中，

为雷达的俯仰角参数，θ为雷达的方位角参数。根据式(1)，在俯仰角一定的情况下，其方位角需要满足单调的条件，即在一个合成孔径时间内，雷达载机运动的方位角需要保持一直增大或者一直减少。那么可以根据这一特性，对雷达回波波数域分布进行子孔径划分。

本发明的技术方案为：

一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、得到雷达载机平台的运动坐标参数

其中R(t)为雷达载机距场景中心的瞬时斜距，θ(t)为雷达载机的瞬时方位角，

为雷达载机的瞬时俯仰角。然后对θ(t)进行慢时间均匀采样，可得N个方位向采样点，表示为θ(t)＝{θ₀,θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_N,N∈Z}；

S2、对方位角采样点从θ₀开始向后索引，记当前孔径下第一个方位角θ_start＝θ₀，并计算如下公式：

dθ＝θ_i-θ_i-1

S3、若dθ为负，舍弃θ_i-1以及之前还未完成一次合成孔径划分的全部采样点，并对方位角采样点从θ_i处开始向后索引，重新计算dθ，直到dθ为正；

S4、若步骤S2中dθ为正，根据雷达的波数域分布，得到距离向波数域宽度ΔK以及波数中心K_c，然后根据距离向波数宽度ΔK计算合成孔径累积角Δθ：

S5、根据得到的合成孔径累积角Δθ，得到当前孔径下的最后一个方位角θ_end：

θ_end＝θ_start+Δθ

得到当前的合成孔径索引为[start,end]，记当前孔径为L₀，表示波数K的范围为[K_start,K_end]，在孔径L₀内，K_start为方位向起始波数，K_end为方位向终止波数。

S6、下一个合成孔径L₁的起始索引为end+1，重复步骤S2直至遍历完全部方位角索引，完成子孔径划分过程，得到全部子孔径为[L₀,L₁,L₂,...,L_M]，M为子孔径个数。

本发明兼顾分辨率匹配和频谱混叠约束来进行子孔径的划分，能够较好的舍弃一些无法成像的采样点，不仅减少了子孔径划分的时间，而且提高了在持续帧成像过程中的成像效果。本发明只涉及对方位向采样点数据的大小判断以及对合成孔径累积角约束的判断，因此，实现也很简单。

本发明的有益效果为：减少了持续帧成像过程中，部分帧无法成像或者成像效果特别差的情况，同时通过舍弃不满足条件的采样点，减少了子孔径划分的计算量

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2雷达载机平台轨迹仿真图；

图3自适应孔径划分仿真图；

图4本方法孔径划分仿真图；

图5自适应孔径划分单帧孔径成像仿真图；

图6本方法单帧孔径成像仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和仿真示例对本发明进行详细的描述，以证明本发明的实用性。

按照步骤S1的方法进行仿真实验，仿真参数的具体设置如下：采用曲线SAR的成像模式，雷达距离场景中心的距离为5000米，发射信号的中心载频为94GHZ；

图2为雷达载机平台轨迹仿真图，对雷达的瞬时斜距、瞬时方位角以及瞬时俯仰角进行了仿真。

图3为自适应孔径划分仿真图，采用寻找在分辨率匹配条件下的最短子孔径二划分孔径，发现，该方法将全孔径全部划分完毕，并没有舍弃一些不满足成像要求的采样点数据。

图4为本方法的孔径划分仿真图，由于针对方位角的单调性对部分采样点进行了舍弃，因此在一些采样点上并没有进行孔径划分。

图5为自适应孔径划分单帧孔径成像仿真图，该帧图像选择了不满足方位角单调性的采样索引，因此其成像效果很差。

图6为本方法单帧孔径成像仿真图，该帧图像的成像效果明显要好于自适应孔径划分单帧孔径成像仿真图。

Claims (1)

1.一种用于曲线合成孔径雷达的子孔径划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、得到雷达载机平台的运动坐标参数

其中R(t)为雷达载机距场景中心的瞬时斜距，θ(t)为雷达载机的瞬时方位角，

为雷达载机的瞬时俯仰角；然后对θ(t)进行慢时间均匀采样，可得N个方位向采样点，表示为θ(t)＝{θ₀,θ₁,θ₂,...,θ_i,...,θ_N,N∈Z}；

S2、对方位角采样点从θ₀开始向后索引，记当前孔径下第一个方位角θ_start＝θ₀，并计算如下公式：

dθ＝θ_i-θ_i-1

S3、若dθ为负，舍弃θ_i-1以及之前还未完成一次合成孔径划分的全部采样点，并对方位角采样点从θ_i处开始向后索引，重新计算dθ，直到dθ为正；

S4、若步骤S2中dθ为正，根据雷达的波数域分布，得到距离向波数域宽度ΔK以及波数中心K_c，然后根据距离向波数宽度ΔK计算合成孔径累积角Δθ：

S5、根据得到的合成孔径累积角Δθ，得到当前孔径下的最后一个方位角θ_end：

θ_end＝θ_start+Δθ

得到当前的合成孔径索引为[start,end]，记当前孔径为L₀，表示波数K的范围为[K_start,K_end]，在孔径L₀内，K_start为方位向起始波数，K_end为方位向终止波数；

S6、下一个合成孔径L₁的起始索引为end+1，重复步骤S2直至遍历完全部方位角索引，完成子孔径划分过程，得到全部子孔径为[L₀,L₁,L₂,...,L_M]，M为子孔径个数。

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