CN116148851A - 基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法 - Google Patents

基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法 Download PDF

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CN116148851A CN202211597299.4A CN202211597299A CN116148851A CN 116148851 A CN116148851 A CN 116148851A CN 202211597299 A CN202211597299 A CN 202211597299A CN 116148851 A CN116148851 A CN 116148851A
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Abstract

本发明公开了一种基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，在发射端利用DBF技术同时形成用于条带和聚束两种成像模式的波束指向，在接收端分离多模式回波信号后，在距离向上通过发射步进频率信号和距离解模糊来获得各个模式距离向高分辨大测绘带图像，在方位向上通过低脉冲重复频率和子孔径图像相干融合来得到各个模式方位向高分辨大测绘带图像。其实现过程是：（1）划分子孔径并分离出子带信号；（2）分离出各个模式回波信号；（3）重构无模糊信号；（4）方位聚焦；（5）子孔径图像相干融合。

Description

基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法
技术领域
本发明涉及多发多收合成孔径雷达成像方法领域，具体是一种基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法。
背景技术
多发多收合成孔径雷达(Multiple-Input Multiple-output SyntheticAperture Radar,MIMO-SAR)因其全天时、全天候的工作能力，可得到具有高分辨宽测绘带(High-Resolution Wide-Swath,HRWS)的微波图像，广泛应用于军事和民用领域，是星载SAR未来的重点发展方向。这里的分辨率是指SAR图像中方位向分辨率和距离向分辨率，高是指分辨率所能达到的程度(方位向分辨率和距离向分辨率可达到1m，甚至更高)。这里的测绘带是指SAR图像中方位向测绘带和距离向测绘带，宽是指测绘带所能达到的大小(方位向测绘带和距离向测绘带可达到几千米、几十千米，甚至更宽)。但受到最小天线面积的限制，星载SAR高分辨率与宽测绘带构成一对矛盾，为了解决这对矛盾，国内外学者进行了大量研究。同时，在实际应用中为满足同一场景不同成像分辨率的需求，如果雷达具有同时多模式成像功能，通过单航就能同时得到全局粗分辨率和局部高精细分辨率的SAR图像，因此研究多模式成像具有重要意义。星载SAR产生的数据量非常大，这给数据的实时传输和存储带来了难题，而如何降低多通道卫星的存储压力以及成像负荷是研究这种成像体制的另一关键。
发明内容
本发明提供了一种基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，以解决现有技术星载MIMO-SAR成像时难以兼顾高分辨率和宽测绘带、数据量大的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，包括以下步骤：
步骤1、令多发多收合成孔径雷达工作于面阵全孔径发射和接收模式，并基于距离向数字波束形成方法，令多发多收合成孔径雷达的发射端向目标测绘带同时形成条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向；
步骤2、获取多发多收合成孔径雷达接收端得到的全孔径回波信号，将所述全孔径回波信号划分为K个子孔径回波信号，并从每个子孔径回波信号分别分离得到条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号；
步骤3、根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度构建空域滤波权矢量函数，并通过空域滤波权矢量函数对步骤2得到的每个子孔径回波信号分离出的条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号；
步骤4、根据子孔径回波信号在距离向的空间自由度构建俯仰维权矢量函数，并通过俯仰维权矢量函数对步骤3得到的每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式距离无模糊信号、聚束成像模式距离无模糊信号；
步骤5、将步骤4得到的每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位和距离均无模糊信号、聚束成像模式方位和距离均无模糊信号分别进行方位聚焦，得到每个子孔径在
Figure BDA0003993691550000022
域聚焦的条带成像模式的方位低分辨率图像、每个子孔径在/>
Figure BDA0003993691550000021
域聚焦的聚束成像模式的方位低分辨率图像；
步骤6、将步骤5得到的所有子孔径条带成像模式的方位低分辨率图像、所有子孔径聚束成像模式的方位低分辨率图像分别进行相干叠加，得到各个模式对应的全分辨率图像。
进一步的步骤1中，所述条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位。
进一步的步骤1中，所述条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均控制俯仰子波束以由远到近的顺序扫描两个俯仰子测绘带，每个俯仰子测绘带均采用3个方位子波束按飞行方位从前到后的顺序分时扫描，由此每个俯仰子测绘带对应形成3个方位子场景。
进一步的，步骤2的过程如下：
2a)在步骤1中，条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位用于两种模式的回波分离；
2b)对每个子孔径回波信号做方位向的快速傅里叶变换处理；
2c)在原方位相位编码的基础上，对方位相位编码的编码相位和解码相位进行改进，避免了回波信号分离后补偿残余相位的额外复杂过程；则改进后的第p个SAR模式的方位相位编码相位表达式为：
Figure BDA0003993691550000031
其中，n为发射脉冲数，(p＝1,2,...,P),P为SAR模式个数；
改进后的第p(个SAR模式的方位相位解码相位表达式为：
Figure BDA0003993691550000032
2d)根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度和改进的方位相位编码方法构建空域滤波权矢量函数，并通过空域滤波权矢量函数从快速傅里叶变换处理结果中分离得到条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号。
进一步的，步骤2中进行快速傅里叶变换处理之前，先将每个子孔径回波信号进行子带信号分离，并对分离出的各个子带信号分别进行多普勒中心补偿，使每个子带信号的多普勒中心为零，然后再组合为子孔径回波信号用于快速傅里叶变换处理。
进一步的步骤3中，先对每个子孔径回波信号分离出的各个模式回波信号进行距离压缩，然后再基于构建的空域滤波权矢量函数对各个模式子孔径回波信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号。
进一步的步骤4中，基于构建的俯仰维权矢量函数对每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式距离无模糊信号、聚束成像模式距离无模糊信号。
进一步的步骤5中，先将每个子孔径回波信号各个模式方位无模糊信号、各个模式距离无模糊信号的相位在方位频域分别由双曲相位转换为二次相位，然后在方向位对相位转换后的信号进行快速傅里叶逆变换处理，再在方位时域对快速傅里叶逆变换处理后的信号进行去调频处理，最后再对去调频处理后的信号进行快速傅里叶变换处理。
进一步的，步骤5中去调频处理后，校正去调频处理后的信号由于去调频处理而改变的多普勒中心，以使去调频处理后的信号多普勒中心为零，然后再进行快速傅里叶变换处理。
进一步的步骤6中，先对步骤5得到的所有子孔径条带成像模式、聚束成像模式的方位低分辨率图像的方位相位分别进行校正，使每个方位低分辨率图像的相位在聚焦频点处为零、在非聚焦点处与第K段子孔径中心时刻呈线性关系。
本发明提出了一种基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，在发射端利用距离向数字波束形成方法(DBF)同时形成用于条带和聚束两种成像模式的波束指向，在接收端分离多模式回波信号后，在距离向上通过发射步进频率信号和距离解模糊来获得各个模式距离向高分辨宽测绘带图像，在方位向上通过低脉冲重复频率和子孔径图像相干融合来得到各个模式方位向高分辨宽测绘带图像。
本发明一方面满足了高分辨宽测绘带成像的要求，另一方面实现了在一次成像处理中获得不同分辨率成像区域的需求。本发明在距离向上通过发射步进频率信号和距离解模糊来获得距离向高分辨宽测绘带图像。在方位向上通过低脉冲重复频率和子孔径图像相干融合来得到方位向高分辨宽测绘带图像。同时，本发明利用空域滤波技术和改进的方位相位编码方法分离多模式回波信号，可在一次成像处理中获得不同分辨率成像区域。
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提出了一种多模式MIMO-SAR高分辨宽测绘带成像构型。该构型可实现在一次成像处理中获得不同分辨率成像区域，充分利用了天线发射面积，提高了发射通道利用率。
(2)本发明设计了一种低PRF条件下的多模式回波分离方法。由于多模式回波分离和解方法模糊所构建的阵列矢量是相同的，故在发射端利用DBF技术同时形成用于条带和聚束两种成像模式的波束指向，并乘以一个额外的初始调制相位用于多模式回波分离。
(3)本发明改进了传统的方位相位编码方法。传统的方位相位编码方法(APC)方法五个步骤：编码、解码、分离、IFFT变换和补偿剩余调制相位。其中IFFT变换和补偿剩余调制相位这两步是为了补偿残余相位，且这两步计算繁琐。而本发明通过改进APC的方位相位调制相位和方位相位解码相位，使得解调制后的剩余调制相位为零，所以不需要补偿残余相位，减小了计算量。
(4)本发明设计了一套针对多模式MIMO-SAR高分辨宽测绘带成像的处理流程。本发明对子孔径信号进行处理，先利用空域滤波技术和改进的方位相位编码方法分离多模式回波信号，再用空域滤波技术和俯仰向数字波束形成技术解除子孔径信号方位模糊和距离模糊，然后分别对各个模式子孔径信号做成像处理，最后将各个模式子孔径图像作相干融合得到各个模式全孔径对应的高分辨图像。
(5)本发明采用子孔径划分技术和子孔径图像相干融合算法。相较于全孔径信号成像，子孔径划分技术和子孔径图像相干融合算法的结合不需要拼接出全孔径信号再成像，可以并行处理，并且大大减小了成像系统的数据量。
附图说明
图1为本发明实施例一中成像方法流程图。
图2是本发明实施例一中多模式MIMO-SAR收发模型示意图。
图3为本发明实施例一中步骤4流程图。
图4为本发明实施例二全孔径多模式回波信号分离结果，其中：(a)为全孔径方位相位解调制后的方位频谱；(b)为全孔径方位DBF后的聚束方位频谱；(c)为全孔径方位DBF后的条带方位频谱。
图5为本发明实施例二点目标的分布情况，其中：(a)为第一个俯仰子测绘带地面设有3×3均匀分布的点阵，各目标点方位向间距为166.67m，距离向间距为151.70km。(b)为第二个俯仰子测绘带地面设有3×3均匀分布的点阵，各目标点方位向间距为166.67m，距离向间距为157.35km。
图6为本发明实施例二图像融合过程中P2点目标的方位剖面图，其中：(a)为条带图像融合过程中P2点目标的方位剖面图；(b)为聚束图像融合过程中P2点目标的方位剖面图。
图7为本发明实施例二条带模式子孔径融合后点目标成像结果，其中：(a)为点目标P1的等高线图；(b)为点目标P2的等高线图；(c)为点目标P3的等高线图。
图8为本发明实施例二聚束模式子孔径融合后点目标成像结果，其中：(a)为点目标P1的等高线图；(b)为点目标P2的等高线图；(c)为点目标P3的等高线图。
图9为本发明实施例二P2点阵场景目标分布图。
图10为本发明实施例二点阵场景图像融合后成像结果，其中：(a)为条带P2点阵场景图像融合后成像结果；(b)为聚束P2点阵场景图像融合后成像结果。
图11为本发明实施例二3×1点阵场景目标图像融合后距离采样图，其中：(a)为条带模式3×1点阵场景目标图像融合后距离采样图；(b)为聚束模式3×1点阵场景目标图像融合后距离采样图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，包括以下步骤：
步骤1、令多发多收合成孔径雷达工作于面阵全孔径发射和接收模式，并基于距离向数字波束形成方法，令多发多收合成孔径雷达的发射端向目标测绘带同时形成条带成像模式(图1中模式1)的波束指向、聚束成像模式(图1中模式2)的波束指向。并令条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位。
如图2所示，本实施例涉及的多模式的多发多收合成孔径雷达装载于卫星上，多发多收合成孔径雷达形成的条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均控制俯仰子波束以由远到近的顺序扫描两个俯仰子测绘带，每个俯仰子测绘带均采用3个方位子波束按飞行方位从前到后的顺序分时扫描，由此每个俯仰子测绘带对应形成3个方位子场景。
步骤2、获取多发多收合成孔径雷达接收端得到的全孔径回波信号，将全孔径回波信号划分为K个子孔径回波信号。
将每个子孔径回波信号进行子带信号分离，并对分离出的各个子带信号分别进行多普勒中心补偿，使每个子带信号的多普勒中心为零，然后再组合为子孔径回波信号。
调整多普勒中心后，利用改进的方位相位编码方法和空域滤波技术分离多模式回波子孔径信号过程如下：
1)在步骤1中，条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位用于两种模式的回波分离；
2)对每个子孔径回波信号做方位向的快速傅里叶变换处理；
3)在原方位相位编码的基础上，对方位相位编码的编码相位和解码相位进行改进，避免了回波信号分离后补偿残余相位的额外复杂过程。则改进后的第p(p＝1,2,...,P)个SAR模式的方位相位编码相位表达式为：
Figure BDA0003993691550000071
其中，n为发射脉冲数，P为SAR模式个数。
则改进后的第p(p＝1,2,...,P)个SAR模式的方位相位解码相位表达式为：
Figure BDA0003993691550000072
4)根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度和改进的方位相位编码方法构建面阵阵列天线中第u行任意P个空域滤波权矢量函数W(θp,u)，其表达式为：
W(θp,u)＝B+(θp,u)ep
其中，+表示矩阵伪逆，B(θp,u)为P个方位通道阵列矢量矩阵，θp为第p个SAR模式回波方位斜视角，ep＝[e1,...,eq,...,eP]T,eq＝p＝1,eq≠p＝0。
5)通过空域滤波权矢量函数W(θp,u)和步骤4)中获得的第u行中对应的任意P个天线子孔径回波信号相乘，分别得到各个模式P个方位通道回波信号的叠加。
6)重复步骤4)和步骤5)两次，得到各个模式3组不相同的P个方位通道回波信号的叠加，组成新的方程组，进而从快速傅里叶变换处理结果中分离得到条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号。
步骤3、首先利用匹配滤波方法实现对每个子孔径回波信号分离出的条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号的距离压缩。
然后根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度构建第u行面阵天线的空域滤波权矢量函数Wm(fa)，其表达式为：
Wm(fa)＝A+(fa)em
其中，+表示矩阵伪逆，A(fa)为V个方位通道阵列矢量矩阵，V为面阵阵列天线子孔径行数，em＝[e1,...,eq,...,eM]T,eq＝m＝1,eq≠m＝0。
然后通过将步骤2得到的每个子孔径回波信号分离出的条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号分别和空域滤波权矢量函数Wm(fa)相乘完成滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号。
步骤4、根据子孔径回波信号在距离向的空间自由度构建U个俯仰维权矢量函数
Figure BDA0003993691550000085
其表达式为：
Figure BDA0003993691550000084
其中，+表示矩阵伪逆，ζ(θn)为U个方位通道阵列矢量矩阵，U为面阵阵列天线子孔径列数，en＝[e1,...,eq,...,eU]T,eq＝n＝1,eq≠n＝0，θn为点目标Pn的下视角。
然后通过将步骤3得到的条带成像模式无方位模糊子孔径回波信号、聚束成像模式无方位模糊子孔径回波信号分别和俯仰维权矢量函数
Figure BDA0003993691550000083
相乘完成滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式距离无模糊信号、聚束成像模式距离无模糊信号。
步骤5、如图3所示，将步骤4得到的每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位和距离均无模糊信号、聚束成像模式方位和距离均无模糊信号分别进行方位聚焦，过程如下：
先每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位和距离均无模糊信号、聚束成像模式方位和距离均无模糊信号分别由双曲相位转换为二次相位。然后在方向位对相位转换后的信号进行快速傅里叶逆变换(IFFT)处理，再在方位时域对快速傅里叶逆变换处理后的信号进行去调频处理(Dechirp)。Dechirp处理后，校正Dechirp处理后的信号由于Dechirp处理而改变的多普勒中心，以使Dechirp处理后的信号多普勒中心为零。最后再对Dechirp处理后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)处理，得到每个子孔径在
Figure BDA0003993691550000082
域聚焦的条带成像模式的方位低分辨率图像、每个子孔径在/>
Figure BDA0003993691550000081
域聚焦的聚束成像模式的方位低分辨率图像。
步骤6、先对步骤5得到的所有子孔径条带成像模式的方位低分辨率图像的方位相位和所有子孔径聚束成像模式的方位低分辨率图像的方位相位分别进行校正，使各个模式每个方位低分辨率图像的相位在聚焦频点处为零、在非聚焦点处与第K段子孔径中心时刻呈线性关系。
然后，将校正后的所有子孔径条带成像模式的方位低分辨率图像、所有子孔径聚束成像模式的方位低分辨率图像分别进行相干叠加，得到各个模式对应的全分辨率图像。
实施例二
本实施例公开了对实施例一所述成像方法的仿真实验。
(1)仿真条件：
利用仿真实验验证实施例一成像方法的成像性能、多分辨率特性以及改进APC的有效性。仿真实验采用图2所示的星载多模式面阵接发系统构型。设面阵天线距离总高度为0.40m，方位总长度为25.00m，将面阵大天线均匀分割为2×3个子孔径，即方位向划分为3个子孔径，俯仰向划分为2个子孔径，且将脉冲时宽Tp均分为6个子脉冲。仿真参数如表1所示。
表1多模式系统模型仿真参数
Figure BDA0003993691550000091
(2)仿真内容：
为了更好地展现改进APC的有效性，首先对某一行阵列天线中的任意两个接收通道全孔径单目标进行多模式回波分离仿真实验。假设各个俯仰子测绘带的单目标位于各个俯仰子测绘带场景中心，两种模式同时对其成像，结果如图4所示。图4中(a)为对其中一个接收通道中的回波信号进行方位相位解调制后的方位频域结果图。可见两种模式的方位频谱发生了混叠，其中条带模式的方位频谱在相位解调制后多普勒频移了FPRF/2，其中，FPRF为全孔径信号对应的脉冲重复频率。然后利用方位自由度进行方位DBF处理后，两种模式回波信号被完整分离，如图4中(b)和(c)所示。
在验证了改进APC方法的有效性之后，对点阵目标进行成像仿真。图5展示了点阵目标的分布情况：图5中(a)为第一个俯仰子测绘带中3×3分布的点阵，各目标点方位向间距为166.67m，距离向间距为151.70km，且标记的三点坐标分别为：P1(-166.67m,Rs1+151.70km)、P2(0m,Rs1km)、P3(166.67m,Rs1-151.70km)；图5中(b)为第二个俯仰子测绘带中3×3分布的点阵，各目标点方位向间距为166.67m，距离向间距为157.35km，且标记的三点坐标分别为：P4(-166.67m,Rs2+157.35km)、P5(0m,Rs2km)、P6(166.67m,Rs2-157.35km)。其中Rs1为第一个俯仰子测绘带场景中心的最短斜距，Rs2为第二个俯仰子测绘带场景中心的最短斜距。
本实施例以各模式第一个俯仰子测绘带的点阵目标进行成像仿真实验为例进行说明。点阵目标仿真结果如图6至图8所示。图6中(a)和图6中(b)分别展示了条带模式和聚束模式中第一个俯仰子测绘带点目标P2在图像融合过程中方位分辨率的变化。从图中可知，融合图像的方位分辨率随着子孔径图像数量的增多而逐步提高，说明了在该系统模型中，子孔径图像融合算法的有效性。图7和图8分别展示了条带和聚束模式三个点目标P1、P2、P3的最终成像的等高线图，图7中(a)、(b)、(c)分别展示了条带成像模式点目标P1、P2、P3的等高线图，图8中(a)、(b)、(c)分别展示了聚束成像模式点目标P1、P2、P3的等高线图。
表2分析了各个模式这3个点目标成像结果的积分旁瓣比和峰值旁瓣比。两种模式无论是场景中心点(P2)，还是场景边缘点(P1、P3)，成像效果均良好。这表明子孔径融合算法在该模型中成像性能良好。
表2各模式点目标的PSLR和ISLR
Figure BDA0003993691550000101
验证了点阵目标成像性能后，对该成像构型多分辨率特性进行点阵场景成像仿真实验。本实施例以第一个俯仰子测绘带点阵场景进行成像仿真实验为例进行说明。由表1知，条带模式的距离向分辨率为3m，方位向分辨率为2m，聚束模式的距离向分辨率为0.75m，方位向分辨率为2m。在图5(a)的基础上，对点目标P2重新设计。将P2由单目标变为3×3均匀分布的点阵，方位向间距和距离向间距均为2m，如图9所示。
图10是各模式对图9点阵场景成像后的结果。图10中(a)是条带模式对P2点阵场景图像融合后的成像结果，图10中(b)是聚束模式对P2点阵场景图像融合后的结果。从图10可见，聚束模式可清晰地分开P2点阵的九个点目标，而条带模式受限于分辨率无法有效进行点目标分辨。为了更好地展现多分辨率成像性能，以图9中任意3×1分布的点阵作为新的成像场景并对成像结果进行距离采样。图11中(a)是条带模式距离采样的结果，图11中(b)是聚束模式距离采样的结果。由图11可知，聚束模式可直观地分开三个点目标，而条带模式因分辨率制约无法有效进行点目标分辨。图5至图11表明本发明的多分辨率特性和成像效果均很好。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、令多发多收合成孔径雷达工作于面阵全孔径发射和接收模式，并基于距离向数字波束形成方法，令多发多收合成孔径雷达的发射端向目标测绘带同时形成条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向；
步骤2、获取多发多收合成孔径雷达接收端得到的全孔径回波信号，将所述全孔径回波信号划分为K个子孔径回波信号，并从每个子孔径回波信号分别分离得到条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号；
步骤3、根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度构建空域滤波权矢量函数，并通过空域滤波权矢量函数对步骤2得到的每个子孔径回波信号分离出的条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号；
步骤4、根据子孔径回波信号在距离向的空间自由度构建俯仰维权矢量函数，并通过俯仰维权矢量函数对步骤3得到的每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式距离无模糊信号、聚束成像模式距离无模糊信号；
步骤5、将步骤4得到的每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位和距离均无模糊信号、聚束成像模式方位和距离均无模糊信号分别进行方位聚焦，得到每个子孔径在
Figure FDA0003993691540000011
域聚焦的条带成像模式的方位低分辨率图像、每个子孔径在/>
Figure FDA0003993691540000012
域聚焦的聚束成像模式的方位低分辨率图像；
步骤6、将步骤5得到的所有子孔径条带成像模式的方位低分辨率图像、所有子孔径聚束成像模式的方位低分辨率图像分别进行相干叠加，得到各个模式对应的全分辨率图像。
2.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤1中，所述条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位。
3.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤1中，所述条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均控制俯仰子波束以由远到近的顺序扫描两个俯仰子测绘带，每个俯仰子测绘带均采用3个方位子波束按飞行方位从前到后的顺序分时扫描，由此每个俯仰子测绘带对应形成3个方位子场景。
4.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤2的过程如下：
2a)在步骤1中，条带成像模式的波束指向、聚束成像模式的波束指向均乘以初始调制相位用于两种模式的回波分离；
2b)对每个子孔径回波信号做方位向的快速傅里叶变换处理；
2c)在原方位相位编码的基础上，对方位相位编码的编码相位和解码相位进行改进，避免了回波信号分离后补偿残余相位的额外复杂过程；则改进后的第p个SAR模式的方位相位编码相位表达式为：
Figure FDA0003993691540000021
其中，n为发射脉冲数，(p＝1,2,...,P),P为SAR模式个数；
改进后的第p(个SAR模式的方位相位解码相位表达式为：
Figure FDA0003993691540000022
2d)根据子孔径回波信号在方位向的空间自由度和改进的方位相位编码方法构建空域滤波权矢量函数，并通过空域滤波权矢量函数从快速傅里叶变换处理结果中分离得到条带成像模式子孔径回波信号、聚束成像模式子孔径回波信号。
5.根据权利要求4所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤2中进行快速傅里叶变换处理之前，先将每个子孔径回波信号进行子带信号分离，并对分离出的各个子带信号分别进行多普勒中心补偿，使每个子带信号的多普勒中心为零，然后再组合为子孔径回波信号用于快速傅里叶变换处理。
6.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤3中，先对每个子孔径回波信号分离出的各个模式回波信号进行距离压缩，然后再基于构建的空域滤波权矢量函数对各个模式子孔径回波信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号。
7.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤4中，基于构建的俯仰维权矢量函数对每个子孔径回波信号对应的条带成像模式方位无模糊信号、聚束成像模式方位无模糊信号进行滤波，得到每个子孔径回波信号对应的条带成像模式距离无模糊信号、聚束成像模式距离无模糊信号。
8.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤5中，先将每个子孔径回波信号各个模式方位无模糊信号、各个模式距离无模糊信号的相位在方位频域分别由双曲相位转换为二次相位，然后在方向位对相位转换后的信号进行快速傅里叶逆变换处理，再在方位时域对快速傅里叶逆变换处理后的信号进行去调频处理，最后再对去调频处理后的信号进行快速傅里叶变换处理。
9.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤5中去调频处理后，校正去调频处理后的信号由于去调频处理而改变的多普勒中心，以使去调频处理后的信号多普勒中心为零，然后再进行快速傅里叶变换处理。
10.根据权利要求1所述的基于多模式的多发多收合成孔径雷达宽测绘带成像方法，其特征在于，步骤6中，先对步骤5得到的所有子孔径条带成像模式、聚束成像模式的方位低分辨率图像的方位相位分别进行校正，使每个方位低分辨率图像的相位在聚焦频点处为零、在非聚焦点处与第K段子孔径中心时刻呈线性关系。
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