CN113156438A - Sar雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达 - Google Patents

Sar雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种SAR雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达；其中，SAR雷达重频地速比动态调整方法，包括：依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；确定雷达发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；根据最大采样间隔Da和最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射表；SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。本发明克服传统SAR雷达系统固定重频地速比方法的不足，满足对有效利用SAR雷达系统资源、提高成像质量的要求。

Description

SAR雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种SAR雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达。
背景技术
合成孔径雷达(SAR)是一种成像雷达，1951年6月美国Goodyear Aerospace公司的Carl Wiley首先提出可以利用频率分析方法改善雷达的角分辨率的思想，美国伊利诺伊大学独立地展开了非相干雷达试验，验证了“多普勒波束锐化”的概念，首次获得了非聚焦SAR图像。
SAR利用距离压缩获得距离向高分辨率，通过合成孔径获得方位向高分辨率，合成孔径的基础是SAR与成像目标之间在方位向存在相对运动，SAR的理想成像条件的匀速直线运动、再结合固定的脉冲重复频率，可以保证SAR在方位向上等间隔进行数据采样，当不满足匀速运动条件时，通常采用以下两种方法对方位向采样间隔进行补偿：
第一种方法，采用固定的脉冲重复频率，在采集回波数据的同时记录地速，在成像处理过程时，先依据记录的地速在方位向进行插值，得到方位向等间隔的数据，再进行成像处理。这种方法增加了成像处理的计算量，不适于进行实时成像处理。
第二种方法，采用动态脉冲重复频率，脉冲重复频率与地速之间为固定的比值，即重频地速比，地速变化时，脉冲重复频率同步变化，这样就直接得到方位向等间隔采样的回波数据，在成像处理时，不需要再进行方位向插值，适合实时成像处理。
然而，现有得动态脉冲重复频率采用固定重频地速比的方式，即对于某一SAR成像工作模式，采用固定的重频地速比。这种方法存在以下问题：
(1)对装载SAR飞行平台的最大地速存在约束，尽管在SAR系统设计时要先确定飞行平台的最大地速，但在实际应用时，存在超出最大地速的可能性，例如，对于轻型飞机，受风速影响较大，其使用飞行过程的地速变化较大，可能超过设计值。在SAR成像时，若飞行平台的地速超过设计的最大地速时，脉冲重复频率通常会被锁定在最高允许的值，即此时变为固定脉冲重复频率的方式，但在实时成像处理时，由于受处理能力的限制，依然认为是脉冲重复频率随地速变化、方位向等间隔采样，这会造成实际方位向散焦，影响SAR成像质量。
(2)在飞行速度较低时，固定的重频地速比无法充分利用SAR系统的最大能力。采用固定重频地速比。在飞行速度较低时，SAR系统的脉冲重复频率随之减低，降低了SAR系统发射的平均功率，影响SAR成像质量，同时，也没有充分利用SAR系统的处理能力。
因此，本领域存在一种对于能够克服传统固定重频地速比、适用于SAR实时成像的新方法的需要。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种SAR雷达重频地速比动态调整方法、装置、成像方法及雷达，以克服传统SAR雷达系统固定重频地速比方法的不足，满足对有效利用SAR雷达系统资源、提高成像质量的要求。
本发明提供的技术方案是：
本发明公开了一种SAR雷达重频地速比动态调整方法，包括：
依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
确定雷达发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
根据最大采样间隔Da和最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射表；
SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
进一步地，所述映射表中，将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，在每一段中，对应的设置一个重频地速比，用于计算该段内的地速对应的脉冲重复频率；并且，所述映射表中，对于超过所述地速适应区间范围的地速，设置一个重频地速比kvm，用于地速超过所述适应的区间范围后，计算与地速对应的脉冲重复频率，使脉冲重复频率不超过发射机最高脉冲重复频率PRFmax。
进一步地，所述映射表中，
将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，V1为地速适应区间范围中最小地速，Vn+1为地速适应区间范围中最大地速；
在第1段中，地速范围为V1～V2，所对应的重频地速比kv1为：
Figure BDA0003049907550000031
在第i段中，地速范围为Vi～Vi+1，所对应的重频地速比kvi为；
kvi＝kv1-(i-1)×L；其中i＝1,2,…,n；
参数L为自然数，参数L取值范围的最大值，根据重频地速比kvm与重频地速比kv1的差值确定。
进一步地，所述映射表中，重频地速比
Figure BDA0003049907550000032
进一步地，所述映射表中，将地速适应区间范围分为n段；其中，
Figure BDA0003049907550000033
进一步地，发射机最高脉冲重复频率：
PRFmax＝min(PRFtmax，PRFamax，PRFrmax，PRFpmax)；
其中，PRFtmax为发射机最高脉冲重复频率，PRFamax为当前的数据采集最高脉冲重复频率，PRFrmax为当前的数据记录最高脉冲重复频率，PRFpmax为当前的成像处理最高脉冲重复频率。
进一步地，所述SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率；采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集时，在每个雷达脉冲对应的采集回波数据包的辅助数据中，记录当前脉冲所对应的重频地速比。
本发明还公开了一种SAR雷达重频地速比动态调整装置，包括：
方位向最大采样间隔确定模块，用于依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
最高脉冲重复频率确定模块，用于确定当前的发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
映射表模块，用于根据最大采样间隔Da和发射机最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射关系；
脉冲重复频率计算模块，用于根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
本发明还公开了一种SAR雷达成像方法，包括以下步骤：
在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
依据如权利要求1-7任一项所述的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集，并同步记录当前脉冲的重频地速比；
在成像处理时，依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
本发明还公开了一种SAR雷达，包括：
地速监测模块，用于在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
脉冲重复频率计算模块，用于依据如权利要求1-7任一项所述的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
成像数据采集模块，用于采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集，并同步记录当前脉冲的重频地速比；
成像处理模块，用于依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
本发明至少可实现以下有益效果之一：
(1)解决了若SAR雷达的地速超过设计的最大地速时，脉冲重复频率被锁定在最高允许的值，造成传统固定重频地速比方法SAR成像散焦的问题；
(2)在飞行平台地速较低的情况下，通过依据不同的飞行地速来改变重频地速比，提高了传统固定重频地速比方法的脉冲重复频率，因此提高了平均功率和成像质量，有效利用了发射机发射能力和系统成像处理能力。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中的SAR雷达重频地速比动态调整方法流程图；
图2为本发明实施例中的SAR雷达重频地速比动态调整装置原理框图；
图3为本发明实施例中的SAR雷达成像方法流程图；
图4为本发明实施例中的SAR雷达原理框图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的一个实施例公开了一种SAR雷达重频地速比动态调整方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S101、依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
步骤S102、确定雷达发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
步骤S103、根据最大采样间隔Da和最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射表；
步骤S104、SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
具体的，在步骤S101中，在具体的SAR雷达成像工作模式，方位向分辨率越高，则对应的方位向最大采样间隔Da就越小，以使方位向的采用间隔满足方位分辨率的要求。
具体的，在步骤S102中，依据合成孔径雷达成像最高脉冲重复频率的计算方法和当前工作模式确定当前的发射机最高脉冲重复频率PRFtmax，当前的数据采集最高脉冲重复频率PRFamax；当前的数据记录最高脉冲重复频率PRFrmax，当前的成像处理最高脉冲重复频率PRFpmax；
取当前的发射机最高脉冲重复频率PRFtmax、当前的数据采集最高脉冲重复频率PRFamax、当前的数据记录最高脉冲重复频率PRFrmax、当前的成像处理最高脉冲重复频率PRFpmax中的最小值作为当前合成孔径雷达成像工作模式的最高脉冲重复频率PRFmax；
即PRFmax＝min(PRFtmax，PRFamax，PRFrmax，PRFpmax)。
具体的，在步骤S103的映射表中，将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，在每一段中，对应的设置一个重频地速比，用于计算该段内的地速对应的脉冲重复频率；并且，所述映射表中，对于超过所述地速适应区间范围的地速，设置一个重频地速比kvm，用于地速超过所述适应的区间范围后，计算与地速对应的脉冲重复频率，使脉冲重复频率会不超过发射机最高脉冲重复频率PRFmax。
更具体的，所述映射表中如表1所示，
表1
Figure BDA0003049907550000071
表1中，将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，V1为地速适应区间范围中最小地速，Vn+1为地速适应区间范围中最大地速。
所述将地速适应区间范围分为n段；其中，
Figure BDA0003049907550000072
在第1段中，地速范围为V1～V2，所对应的重频地速比kv1为：
Figure BDA0003049907550000073
V2为第1段的地速上限；
在第i段中，地速范围为Vi～Vi+1，所对应的重频地速比kvi为；
kvi＝kv1-(i-1)×L；其中i＝1,2,…,n；
参数L为自然数，参数L取值范围的最大值，根据重频地速比kvm与重频地速比kv1的差值确定。
更具体的，重频地速比
Figure BDA0003049907550000081
通过在地速与重频地速比的映射表中设置kvm，避免了如果出现地速大于Vn+1时，特别是在SAR雷达载具顺风飞行时，有可能出现地速大于Vn+1，若按照重频地速比kvn的计算公式计算，则脉冲重复频率会超过PRFmax问题。通过设置的kvm限制了脉冲重复频率不超过PRFmax，同时确保方位向采样间隔在一段时间内是一致的。
更进一步地，当所述SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率；并采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集时，在每个雷达脉冲对应的采集回波数据包的辅助数据中，记录当前脉冲所对应的重频地速比；以实现在成像处理时，依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
综上所述，本实施例的SAR雷达重频地速比动态调整方法解决了若SAR雷达的地速超过设计的最大地速时，脉冲重复频率被锁定在最高允许的值，造成传统固定重频地速比方法SAR成像散焦的问题；在飞行平台地速较低的情况下，通过依据不同的飞行地速来改变重频地速比，提高了传统固定重频地速比方法的脉冲重复频率，因此提高了平均功率和成像质量，有效利用了发射机发射能力和系统成像处理能力。
本发明的另一个实施例公开了一种SAR雷达重频地速比动态调整装置，如图2所示，包括
方位向最大采样间隔确定模块，用于依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
最高脉冲重复频率确定模块，用于确定当前的发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
映射表模块，用于根据最大采样间隔Da和发射机最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射关系；
脉冲重复频率计算模块，用于根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
本实施例的具体技术细节和有益效果与上一实施例中的技术细节和效果相同，请参照上一实施例，在此就不一一赘述了。
本发明的另一个实施例公开了一种SAR雷达成像方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S301、在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
所述SAR雷达的载具可以是包括飞机或导弹在内的飞行器，以可以是其他飞行载具。
具体的，在SAR雷达成像飞行过程中，根据SAR系统所对应的飞行状态测量装置的配置，可以通过GNSS接收机(包括GPS接收机、TKR接收机、北斗接收机和/或格洛纳斯接收机在内的接收机)、惯导(INS)、惯性测量单元(IMU)等测速装置，或这些测速装置的组合，测量SAR系统的速度，然后结合合成孔径雷达的当前运动方向，动态计算出地速。
步骤S302、依据SAR雷达工作模式和监测的SAR系统地速确定雷达的重频地速比；
具体的，所述确定雷达的重频地速比采用上述实施例中的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
步骤S303、SAR雷达在进行成像数据采集时，同步记录当前脉冲的重频地速比；
具体的，在每个脉冲对应的采集回波数据包的辅助数据中，记录当前脉冲所对应的重频地速比。
步骤S304、在成像处理时，依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
本实施例的具体技术细节和有益效果与上一实施例中的技术细节和效果相同，请参照上一实施例，在此就不一一赘述了。
本发明的另一个实施例公开了一种SAR雷达，如图4所示，包括：
地速监测模块，用于在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
脉冲重复频率计算模块，用于依据如上述实施例中公开的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
成像数据采集模块，用于采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集，并同步记录当前脉冲的重频地速比；
具体的，在每个脉冲对应的采集回波数据包的辅助数据中，记录当前脉冲所对应的重频地速比。
成像处理模块，用于依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
本实施例的具体技术细节和有益效果与上一实施例中的技术细节和效果相同，请参照上一实施例，在此就不一一赘述了。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SAR雷达重频地速比动态调整方法，其特征在于，包括：
依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
确定雷达发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
根据最大采样间隔Da和最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射表；
SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
2.根据权利要求1所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，所述映射表中，将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，在每一段中，对应的设置一个重频地速比，用于计算该段内的地速对应的脉冲重复频率；并且，所述映射表中，对于超过所述地速适应区间范围的地速，设置一个重频地速比kvm，用于地速超过所述适应的区间范围后，计算与地速对应的脉冲重复频率，使脉冲重复频率不超过发射机最高脉冲重复频率PRFmax。
3.根据权利要求2所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，所述映射表中，
将SAR雷达的地速适应区间范围分为n段，V1为地速适应区间范围中最小地速，Vn+1为地速适应区间范围中最大地速；
在第1段中，地速范围为V1～V2，所对应的重频地速比kv1为：
Figure FDA0003049907540000011
在第i段中，地速范围为Vi～Vi+1，所对应的重频地速比kvi为；
kvi＝kv1-(i-1)×L；其中i＝1,2,…,n；
参数L为自然数，参数L取值范围的最大值，根据重频地速比kvm与重频地速比kv1的差值确定。
4.根据权利要求3所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，所述映射表中，重频地速比
Figure FDA0003049907540000021
5.根据权利要求3所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，所述映射表中，将地速适应区间范围分为n段；其中，
Figure FDA0003049907540000022
6.根据权利要求1所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，发射机最高脉冲重复频率：
PRFmax＝min(PRFtmax，PRFamax，PRFrmax，PRFpmax)；
其中，PRFtmax为发射机最高脉冲重复频率，PRFamax为当前的数据采集最高脉冲重复频率，PRFrmax为当前的数据记录最高脉冲重复频率，PRFpmax为当前的成像处理最高脉冲重复频率。
7.根据权利要求1-6任一项所述的重频地速比动态调整方法，其特征在于，所述SAR雷达根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率；采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集时，在每个雷达脉冲对应的采集回波数据包的辅助数据中，记录当前脉冲所对应的重频地速比。
8.一种SAR雷达重频地速比动态调整装置，其特征在于，包括：
方位向最大采样间隔确定模块，用于依据SAR雷达工作模式所对应的方位向分辨率，确定方位向最大采样间隔Da；
最高脉冲重复频率确定模块，用于确定当前的发射机最高脉冲重复频率PRFtmax；
映射表模块，用于根据最大采样间隔Da和发射机最高脉冲重复频率PRFtmax制定当前SAR雷达工作模式的地速与重频地速比的映射关系；
脉冲重复频率计算模块，用于根据实时采集的地速，从所述映射表查找当前地速对应的重频地速比，计算出当前的脉冲重复频率。
9.一种SAR雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
依据如权利要求1-7任一项所述的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集，并同步记录当前脉冲的重频地速比；
在成像处理时，依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
10.一种SAR雷达，其特征在于，包括：
地速监测模块，用于在SAR雷达成像飞行过程中，动态监测SAR雷达当前的地速；
脉冲重复频率计算模块，用于依据如权利要求1-7任一项所述的重频地速比动态调整方法，确定与当前的地速对应的重频地速比及脉冲重复频率；
成像数据采集模块，用于采用所述当前的脉冲重复频率进行成像数据采集，并同步记录当前脉冲的重频地速比；
成像处理模块，用于依据记录的重频地速比，先对数据在方位向进行重新采样处理，然后再进行成像处理。
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