CN117406223A - 一种近距离双站地基合成孔径雷达成像方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种近距离双站地基合成孔径雷达成像方法及系统，属于雷达探测技术领域。成像方法包括：接收双站雷达系统回波信号并处理，得到基带回波信号；对基带回波信号做距离徙动校正，得到距离徙动校正信号；换标距离徙动校正信号得到伪极坐标信号，伪极坐标信号与伪极坐标关联，伪极坐标由目标点相对发射站的距离、相对发射站的角度，相对接收站的距离和相对接收站的角度构建；解调伪极坐标信号，得到目标点的伪极坐标。利用上述成像方法可以在近距离条件下，利用较低的算法复杂度，实现较高的聚焦精度。

Description

一种近距离双站地基合成孔径雷达成像方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，尤其是涉及一种近距离双站地基合成孔径雷达成像方法、系统、电子设备和存储介质。
背景技术
为提高合成孔径雷达的遥感能力，得到目标不同方向的电磁散射信息。目前存在一种新型的合成孔径雷达概念——双站SAR(bistatic synthetic aperture radar,BiSAR)。
普通的SAR系统一般指单站系统，即雷达信号的发射站与接收站位于同一平台位置上。单站SAR往往受限于单一方向的散射特性，一般情况下仅能获取目标的后向散射特性。而双站SAR则是将雷达信号的发射站与接收站进行分离，即收发平台分置。这样的架构可以获得目标区域的非后向散射特征。结合通过单站SAR获得的后向散射特征，可以更全面地刻画目标的遥感信息。同时，双站SAR具有更显著的隐蔽性、抗干扰性与抗截获性能，常布置于“远发近收”的特殊工作模式下。另外，收发分置的特点使雷达的研制成本得以分摊到不同平台上，接收站的设计得以进一步简化与轻便化。使得双站SAR具有成本低、配置灵活的特点，这一特点也为多站SAR的扩展奠定了基础。
SAR系统直接获取的数据需要经过成像处理，进而得到均匀采样的矩形图像，此时需要引入成像处理算法。合成孔径雷达成像算法需要实现距离向与方位向的聚焦。距离向上，SAR基于发射信号的高带宽实现高分辨，通过匹配滤波完成距离压缩，通过最大化信噪比获得距离向上的高分辨率目标。方位向上，SAR基于运动雷达平台相对于静止目标的多普勒历程实现高分辨，方位向信号视为线性调频信号，从而同样通过匹配滤波完成方位压缩，得到方位向上的高分辨率目标。
传统的双站成像算法主要包括时域成像方法和频域成像方法。
目前，时域算法一般用回波本身对其进行二维匹配滤波处理，需要精确算出场景中每一个点目标的系统响应函数，然后逐点进行匹配，精确但计算量大。
频域成像方法又包括等效单基法与双基近似法。其中，等效单基法形式简洁，但要求收、发雷达均工作于小斜视角场景当中，且要求斜距与孔径长度之间满足菲涅尔近似。应用范围较小，且精度不足。目前存在的双基近似法也存在聚焦效果不足或者计算量偏大的问题，难以满足要求。特别是在探测目标距离雷达系统较近时，由于斜角较大，目前的双基近似法往往存在聚焦效果和计算规模不能兼顾的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的近距离双站地基合成孔径雷达成像方法，接收双站雷达系统回波信号并处理，得到基带回波信号；对基带回波信号做距离徙动校正，得到距离徙动校正信号；换标距离徙动校正信号得到伪极坐标信号，伪极坐标信号与伪极坐标关联，伪极坐标由目标点相对发射站的距离、相对发射站的角度，相对接收站的距离和相对接收站的角度构建；解调伪极坐标信号，得到目标点的伪极坐标。
本发明还提供了一种近距离双站地基合成孔径雷达系统，可以包括：发射站，沿基线运动，发射雷达波；接收站，与发射站同步运动，接收雷达波的回波信号；成像单元，利用前述任意一种成像方法，根据回波信号成像。
本发明还提供了一种电子设备，可以包括：处理器；存储器，存储处理器可以执行的程序，当程序被执行时，处理器执行前述任意一种成像方法。
本发明还提供了一种存储介质，存储处理器可以执行的程序，当程序被执行时，处理器执行前述任意一种成像方法。
本发明提供的近距离双站地基合成孔径雷达成像方法、雷达系统、电子设备和存储介质，可以通过建立伪极坐标系统，并在该伪极坐标系下实现回波信号的距离徙动校正和方位向聚焦。其中，伪极坐标系可以通过目标点相对于发射站的距离和方位角，以及相对于接收站的距离和方位角构建。
在近距离条件下，扫描区域内的目标点相对于发射站和接收站的角度差异较大，难以近似成单站做距离徙动校正和方位向聚焦。导致了聚焦精度和计算复杂度难以兼顾。本发明提供的成像方法首先了建立伪极坐标系。由于该伪极坐标兼顾了目标点相对于发射站的距离和方位角，以及相对于接收站的距离和方位角；且形式上与单站极坐标形式相似。因而可以兼顾聚焦精度和算法复杂度。
通过上述方式可以在保证成像的聚焦精度的同时，降低成像过程的计算量，降低成像过程的时间复杂度。同时还可以通过对扫描区域进行分块处理，再线性解调的方式，在保证成像的聚焦精度的同时，降低方法的计算量，降低方法的时间复杂度。
本发明提供的雷达系统所包括的发射站和接收站保持相同的速度匀速运动，孔径方向与基线方向平行的布设方式，并采用本发明提供的成像方法，可以明显地减少成像方法的运算量。同时雷达系统对发射站和接收站运动的可控性强，可以保证收发平台速度的稳定性。可以控制基线长度在一定范围内，保证收发平台波束能够有效覆盖成像区域。
本发明提供的雷达系统在保证足够成像精度的前提下，可以采用较小的合成孔径。从而可以降低雷达系统的布设成本。并可以更好地适应地面环境限制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明的一个实施例适用于近距离双站地基合成孔径雷达成像方法的流程示意图。
图2示出了图1所示方法的数据采集几何示意图。
图3示出了图1所示方法在Keystone变换后的RCMC效果示意图。
图4示出了图1所示方法的方位向分块的距离多普勒域信号示意图。
图5示出了图1所示方法的成像结果示意图。
图6示出了本发明的另一实施例近距离双站地基合成孔径雷达系统的组成示意图。
图7示出了本发明的又一实施例近距离双站地基合成孔径雷达系统的现场示意图。
图8示出了图7所示雷达系统的成像结果示意图。
图9示出了图7所示雷达系统实测数据距离向剖面示意图。
图10示出了图7所示雷达系统实测数据方位向剖面示意图。
图11示出了根据一示例性实施例的一种电子设备的框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
如图1-5所示，本发明提供的一个实施例适用于近距离双站地基合成孔径雷达成像方法。
图1示出了本发明的一个实施例适用于近距离双站地基合成孔径雷达成像方法的流程示意图。
如图1所示，方法1000可以包括：S110、S120、S130、S140和S150。
如图1所示，在S110中，可以接收双站雷达系统回波信号并处理，得到基带回波信号s(t,x)。
图2示出了图1所示方法的数据采集几何示意图。
如图2所示，T x为发射站，R x为接收站，阴影区域为扫描区域。应用方法1000的雷达系统可以是包括发射站T x和接收站R x的双站地基合成孔径雷达系统。发射站T x可以用于发射雷达波，可以包括发射站导轨（未示出）和可以沿着发射站导轨自由移动的雷达（未示出）。雷达的移动即发射站T x的移动。接收站R x可以用于接收双站雷达系统回波信号，可以包括接收站导轨（未示出）的和可以沿接收站导轨移动的接收天线（未示出）。接收天线的移动即接收站R x的移动。
如图2所示，接收站R x与发射站T x分离设置。发射站T x与接收站R x可以保持相同的速度，沿相同方向，同步运动，对扫描区域进行探测并成像。
接收站R x与发射站T x之间的几何连线为基线L B。可选地，发射站T x和接收站R x可以均沿着基线L B所在直线，以相同的速度，匀速运动。
发射站T x的运动方向为发射站T x的孔径方向，接收站R x的运动方向为接收站R x的孔径方向。发射站T x和接收站R x的孔径方向可以相同，以下称孔径方向。可选地，孔径方向可以与基线L B平行。发射站T x的运动行程为发射站T x的孔径长度，接收站R x的运动行程可以为接收站R x的孔径长度。可选地，发射站T x的孔径长度与接收站R x的孔径长度可以相同，可以均为孔径长度L。
在S110中，可以从接收站R x获取基带回波信号s(t,x)。可选地，S110也可以包括从接收站R x获取双站雷达系统回波信号，并可以对双站雷达系统回波信号做距离压缩，得到基带回波信号s(t,x)。可选地，基带回波信号s(t,x)也可以是双站雷达系统回波信号经距离压缩处理后的结果。基带回波信号s(t,x)可以表现为矩阵形式。
发射站T x在沿着基线L B运动过程中，可以在其中的n个位置发射电磁脉冲，即发射雷达波。发射站T x可以在基线L B方向上的坐标x处发送雷达波。坐标x以下可以称作方位向变量。发射站T x的在雷达发送后的快时间t，接收站R x接收到的回波信号可以表示为V t,x。时延t以下也可以称作快时间。当方位向变量x取值为x 0 、……、x n-1，且快时间t取值为t 0、……、t n-1时，可以得到n×n个信号V t,x。该n×n个信号V t,x可以表示为矩阵形式：
基带回波信号s(t,x)可以采用上述矩阵形式表示。其中方位向变量x的取值范围可以是。x 0 、……、x n-1可以在范围/>内均匀分布。
如图2所示，可以建立扫描区域的伪极坐标系。扫描区域内的任意一点P的伪极坐标系的坐标参数可以由以下四个参数确定，包括：点P相对发射站T x的距离ρ t和角θ，以及点P相对接收站R x的距离ρ r和角。
如图2所示的示例实施例所示，发射站T x的雷达朝向可以与基线L B垂直。可选地，发射站T x的雷达朝向可以固定不变。角θ可以是以发射站T x为原点，点P相对于雷达朝向的偏移方位角。角可以是点P至接收站R x连线与基线L B方向之间的斜角。可以根据ρ t 、ρ r 、θ和/>创建点P的伪极坐标。可选地，角θ也可以换成点P与发射站T x之间连线和基线L B方向的斜角，也可以换成以接收站R x为原点，P点相对于雷达朝向的方位角。可选地，点P的伪极坐标可以表示为：P（/>，/>）。可选地，点P的伪极坐标也可以采用其他表现形式，这里不做一一列举。相应地，对于扫描区域内的点目标P 0，其伪极坐标可以表示为：P 0（，/>）。
如图2所示，控制接收站R x和发射站T x运动速度一致的情况下，双站地基SAR中的点目标P 0历程可以通过几何关系以及泰勒展开得到简便的表达式如下：
（1）
其中η表示发射站T x和接收站R x的运动时间，v表示对应的运动速度。在此忽略了三阶及以上的距离徙动项。这在后续的成像距离范围当中仔细讨论。从双站的距离历程看，通过泰勒展开近似与控制收发速度一致的方法，双站的距离历程从双根号之和的形式变换为关于慢时间变量η的二次函数。据此可以推导双站情况下点目标P 0的多普勒频率f d为：
（2）
其中f d为多普勒频率，λ为雷达工作波长。
由上式可得两个重要参数，多普勒中心频率f dc以及多普勒调频率K a，式子如下：
（3）
不同于星载、机载SAR等远距离成像场景，地基SAR场景目标的多普勒中心频率f dc以及多普勒调频率K a与目标P 0所处的位置相关，呈明显的空变性。这一特性使得地基SAR的方位向聚焦实现方法与传统算法有所区别。另一方面，双站运动使得多普勒参数同时与ρ t0、ρ r0、θ 0、均相关。使得方位向聚焦处理更加复杂。一般取接收站R x的合成孔径时间作为系统的标准。由于已设定接收站R x和发射站T x同时开启进行匀速直线移动。系统的合成孔径时间可以通过简单的/>得到。故而能够得到多普勒带宽B a，进而推导出双站地基SAR的方位向分辨率为δ a：
（4）
双站退化为单站时，令ρ 0=ρ t0 =ρ r0，，则方位向分辨率为，符合单站情形。可以由上看到，此时双站地基SAR的方位向分辨率除了雷达工作波长λ、合成孔径长度L外，还包含了四个重要参数（ρ t0，θ 0）、（ρ r0，/>），即双站系统中影响方位向分辨率的因素当中，除了包含点目标P 0相对于发射站T x的距离ρ t0与方位角θ 0，还包括其与接收站R x的距离ρ r0与方位角/>。
对于点目标P 0（，/>），若不考虑信号幅度的影响，其产生的基带回波信号/>可以写作：
（5）
表示距离压缩后的包络，λ c表示雷达工作中心波长。将式 (1)代入时域表达式(5)得到：
（6）
可以看到在双站地基SAR当中，基带回波信号具有关于方位向变量x的线性距离徙动以及二次相位历程。由于地基SAR纵向深度大，关于方位向变量的三次及以上相位历程可以忽略不计。由于在地基SAR当中满足/>且/>，故而在包络当中可以忽视掉距离的二次及更高次展开项。但方位向相位依然需要考虑，该二次展开项将会明显影响方位向聚焦效果，尤其是近距离场景的聚焦效果。另外，二次相位历程随着点目标距离的减小而更加显著。
如图1所示，在S120中，可以对基带回波信号进行距离徙动校正，得到距离徙动校正信号。可选地，距离徙动校正信号可以包括：距离徙动校正时域信号/>和距离徙动校正频域信号/>。可选地，S120还可以包括：S121、S122和S123。
其中在S121中，可以对基带回波信号进行距离向傅里叶变换，得到基带回波频域信号/>。可选地，该傅里叶变换可以是快速傅里叶变换。变换结果为：
（7）
其中是距离频率，/>为中心频率，/>是频率域的距离包络。
在S122中，可以对基带回波频域信号进行Keystone插值运算，得到距离徙动校正频域信号/>。可以引入Keystone插值对基带回波频域信号/>的方位向变换尺度进行重采样，令方位向变量变换为/>，那么式（7）将变换为：
(8)
其中c为光速，f为距离频率，f c为中心频率。上式中，x k为经过Keystone变换方位向重采样后新的方位向变量。尺度变换中引入了如下的近似处理，如由于对于地基SAR而言，包络当中可直接作近似/>。同样在二次相位当中/>且/>，也可直接作近似/>。此时从式子(8)相位项可看出，距离频率f与新方位向变量x k不再耦合。
在S123中，可以对插值矩阵做距离向傅里叶逆变换，得到距离徙动校正时域信号。/>可以表示为：
（9）
可以看到在距离向上，目标聚焦到了处。距离聚焦变量与新方位向变量x k无关，从而完成了距离徙动校正。双站情况下的空变性影响明显。但对于地基SAR系统而言，收发双站运动速度保持一致使得距离徙动依然是关于新方位向变量x k的线性函数。从而能够通过一次Keystone插值即完成距离徙动校正。
图3示出了图1所示方法在Keystone变换后的RCMC效果示意图。
如图3所示左侧是未经Keystone变换的信号识别示意图，右侧为经过Keystone变换后的信号识别示意图。如图3所示，当方位向变量x沿基线从-1向1扫描运动时，目标的距离向位置识别从约50.5逐渐变化至约49.5，目标的距离向位置识别明显受到了方位向变量x的影响。而经过Keystone变换后，当方位向变量x沿基线从-1向1扫描运动时，目标的识别位置可以保持在50。说明，雷达系统的目标识别可以实现与方位向变量x解耦了，雷达系统的目标识别摆脱了方位向变量x的影响。从而有效地提高了雷达系统的目标识别精度。
如图1所示，在S130中，可以换标距离徙动校正信号，得到伪极坐标信号。伪极坐标信号可以是以伪极坐标（，/>）为参数的回波信号。可以令/>，则伪极坐标可以表示为（ρ，/>）。伪极坐标信号可以包括伪极坐标频域信号和伪极坐标时域信号。
如式（9）所示，经过S120距离徙动校正依然包含关于新方位向变量/>的二次相位项。该二次相位项在进行方位向聚焦时将明显地影响到聚焦效果，使方位向主瓣展宽，降低方位向分辨率。故需要对该二次相位项进行校正。
该二次相位项由为多普勒调频率Ka决定。随着目标至雷达系统距离的增大而逐渐减小。可以利用该特性对方位向聚焦的计算复杂度进行改善，即对于近距离区域进行更为精细的二次相位校正、对远距离进行粗校正。可以通过方位向分块的方法对成像区域进行划分，近距离区域分块小、远距离区域分块大，从而降低计算复杂度。如此，该算法在保证方位向聚焦效果良好的情况下，通过分块解线调的方法实现复杂度的降低。
对于双站系统而言，多普勒频率f dc如式(3)所示，显然与双站角度差sinθ-cosφ r呈线性关系。又由于双站系统特殊的距离历程，故可考虑采用伪极坐标（，）、（/>，/>）、……表征目标P 0、P 1 、……位置。再利用多普勒特性实现各点目标的分离。
首先考虑公式(3)的多普勒关系，对式子(9)进行方位向傅里叶变换，引入驻定相位原理得到：
（10）
其中，为方位向调频率，由于K a可整理为关于/>的函数，故写作/>的形式，整理式(10)得到：
（11）
将式（11）带入式（9）的傅里叶变换式，可以得到信号在距离多普勒域的表达式：
（12）
是信号在角度域的长度，定义为。
由于对应点目标P 0的伪极坐标，于/>可以看作时常数。因而当变换至式（12）时，可以认为是以（ρ，/>）为参数的回波信号。
可选地，在S130中还可以包括S135。
在S135中，可以分块扫描区域。可选地，可以根据多普勒参数分块扫描区域。可选地，方位向分块的大小可以根据式（13）确定。表示如下：
（13）
其中为接收站R x和发射站T x双站天线所能达到的最大的波束覆盖角度差（/>）。而/>与/>为接收站R x和发射站T x达到最大波束覆盖角度时分别所对应的角度。同理/>和/>分别为最大波束覆盖角度差下的发射距离和接收距离。
可选地，S130还可以包括：根据扫描区域分块换标距离徙动校正信号。得到分块伪极坐标信号。
经过分块后的信号就相当于对式 (12)进行方位向加窗处理，对于伪极坐标为，第i个子块的回波信号可以表示为：
（14）
其中，为点目标P 0在第i个分块中相对发射站T x的方位角，/>为点目标P 0在第i个分块中接收站R x的方位角，/>为目标在该子块的长度。首先将(14)转换回时域形式得到各子块方位聚焦前的时域信号为：
（15）
其中，表征目标在分块i中对应转换至时域的位置。/>表征目标在分块i对应转换至时域的长度。
图4示出了图1所示方法的方位向分块的距离多普勒域信号示意图。
如图4所示，扫描区域被虚线分割为1st、2nd、……、5th，5个块。
如图1所示，在S140中可以解调前述极坐标信号，得到各个目标的伪极坐标。在S140中，可根据各分块的多普勒参数进行线解调，得到各个目标的伪极坐标。
可以根据方位向分块后的时域信号(15)可以得到各子块用于解线调的参考信号：
（16）
再将参考信号与式（15）所示的伪极坐标信号相乘，再将子式叠加，可以得到如下的分块线解调信号：
（17）
可以通过调整分块大小，能够控制各子块的冗余二次相位不超过π/8，使得近似为1，而可以忽略该项。使得方位向成像能够实现聚焦。对式 (17)进行方位向傅里叶变换，能够得到：
（18）
其中是聚焦后残余的二次相位。当方位向分块的数量达到一定要求时，/>的影响可以足够小。略去/>仍能保证不影响成像聚焦效果。
从上述结果能够看到，经方法1000处理扫描区域，点目标P 0在距离向聚焦于，方位向中聚焦于/>，点目标P 0最终聚焦于坐标（/>，）。对残余的二次相位忽略不计后，成像后得到的相位项是关于距离的线性函数/>，可用于后续干涉等处理。
如图1所示，在S150中，可以根据各个目标的伪极坐标生成扫描区域的成像。可选地，可以各个目标的伪极坐标转换成直角坐标或者极坐标。可以转换成以发射站为原点的直角坐标或者极坐标，也可以转换成以接收站为原点的直角坐标或者极坐标。
（19）
其中（x new ,y new）为以发射站T x为原点的直角坐标。可以解式（19）所示的方程组，得到各个目标的直角坐标。并可以根据上述直角坐标，标出各个目标在扫描区域内的位置，进而生成扫描区域的成像。
图5示出了图1所示方法的成像结果示意图。
如图1所示，点目标P 0在距离向和方位向均实现了良好的聚焦。
为衡量本方法的计算效率，在此给出算法的计算复杂度，使用浮点数的运算次数（floating point operations, FLOPs）为单位。假设一张原始数据图的大小为N r×N a点数，运算给定的其他参数包含Keystone插值卷积核长度 、距离门ρ对应的方位向子块个数m（ρ），则算法所用的计算复杂度如下表：
其中，N r为距离向点数，N a为方位向点数。可以令N r=N a=N，那么本方法的计算复杂度为，远低于BP算法的计算复杂度/>。
本方法的成像适用范围主要由双程距离历程泰勒展开的近似程度决定。当中忽略了三阶及以上的距离徙动，以及高阶的相位历程。为保证高阶的距离徙动小于一个距离分辨单元、且高阶的相位历程对方位向不构成散焦，能得到如下关于距离ρ的应用范围：
(20)
如此，在设定典型的地基SAR参数如下，带宽B r为1GHz、合成孔径L为2m、波长λ c为0.03m、角度和最大值（）max为1时，最近可成像距离ρ min可达到6.2m。对于地基SAR成像范围而言，有效且安全的成像距离位于约30m~70m范围当中。如此6.2m的最近成像距离可满足地基SAR成像要求。相比于现有技术，本方法的成像范围显然更加广阔，更适用于近距离范围成像。
图6示出了本发明的另一实施例近距离双站地基合成孔径雷达系统的组成示意图。
如图6所示，雷达系统2000可以包括发射站210、接收站220和成像单元230。
其中发射站210可以是用于发射雷达波装置。可选地，发射站210可以包括雷达211和导轨212。雷达211可以包含视频发射链路（未示出）和发射天线（未示出）。雷达211可以是X波段雷达，工作频率可以覆盖8~12GHz。雷达211与导轨212连接，并可以在导轨212上平稳运动。
接收站220可以是用于接收双站雷达系统回波信号的装置。可选地，接收站可以包括接收天线221和导轨222。其中，接收天线221可以仅用作双站雷达系统回波信号的接收，不进行信号的采集与处理。接收天线221可以与导轨222连接，并可以沿着导轨222平稳运动。
可选地，导轨212和导轨222可以是同一导轨。可选地，导轨212和导轨222也可以是不同导轨，并可以受控同步运动。可选地，导轨212和导轨222可以设置于同一直线上。
成像单元230可以分别与发射站210和接收站220连接。控制发射站210和发射站220沿各自轨道同步运动。成像单元230可以接受来自220的回波信号，并执行图1-5中任意一项所示的方法，实现扫描区域的成像。
接收站210和发射站220之间的连线为基线。接收站210和发射站运动方向为基线方向。接收站210的孔径方向和发射站220的孔径方向相同，二者与基线方向平行。雷达211的朝向可以与基线垂直。
成像单元230可以建立伪极坐标系。伪极坐标系可以包括目标点P相对发射站210的距离ρ t和方位角θ，以及相对接收站220的距离ρ r和方位角。可选地，角θ可以是目标点P与发射站210之间连线与基线方向的夹角，也可以是目标点P与发射站210之间连线与雷达211的朝向的夹角。可选地，角/>可以是目标点P与接收站220之间连线与基线方向的夹角，也可以是目标点P与接收站220之间连线与雷达211的朝向的夹角。在如图6所示的示例实施例中，角θ可以是目标点P与发射站210之间连线与雷达211的朝向的夹角。角/>可以是目标点P与接收站220之间连线与基线方向的夹角。点P的伪极坐标可以表示为P（/>，）。可选地，点P的伪极坐标也可以采用其他类似的表现形式，在此不做赘述。
成像单元230可以从接收站220获取双站雷达系统回波信号，并可以进行距离向压缩，得到基带回波信号。可以对基带回波信号做距离徙动校正，得到距离徙动校正信号。距离徙动校正可以包括：距离向傅里叶变换、Keystone变换和距离向逆变换。可以换标距离徙动校正信号，把距离徙动校正信号转换为以伪极坐标为参数的回波信号。从而实现方位向聚焦。可选地，可以在多普勒域分块的基础上做换标。可以对换标后的信号做线解调，分离扫描区域内的各个目标，并获得各个目标的伪极坐标。并可以根据各个目标的伪极坐标标出各个目标的位置，从而得到扫描区域的成像。
图7示出了本发明的又一实施例近距离双站地基合成孔径雷达系统的现场示意图。
图7示出的雷达系统3000是发明的实验室模型。如图7所示，雷达系统3000可以包括发射站310、接收站320和上位机（未示出）。
如图7所示发射站310可以包括雷达311和导轨312。其中雷达311是一台FMCW体制的X波段地基雷达。雷达311可以包括射频发射链路、射频接收链路、发射天线与数字处理模块等。雷达311的工作频率覆盖9~11GHz，脉冲宽度为0.5ms。图7所示的示例实施例中，雷达311的发射天线为方位向45°的喇叭天线。
雷达311可以设置于导轨312上，并可以沿着导轨312上受控运动。导轨312可以是一条直线轨迹的导轨。雷达311可以在导轨312上稳定地、匀速地运动。
接收站320可以由接收天线321和导轨322组成。接收天线321仅作为雷达回波的接收端，不进行信号采集与处理。图7所示的示例实施例为方位向45°的喇叭天线。接收天线321可以设置于导轨322上，并可以沿着导轨322运动。可选地，导轨322可以是一条直线轨迹的导轨。可选地，导轨312与导轨322可以设置于同一直线上。
如图7所示，上位机可以分别与发射站310和接收站320连接，并可以控制雷达311和接收天线321分别沿着导轨312和322同步运动。可以控制雷达311和接收天线321沿着相同方向同速启停运动。并可以控制发射站310和接收站320的合成孔径一致。上位机可以与接收站320数据连接。如图7所示的示例实施例中，上位机和接收站320可以通过网线连接。
可选地，上位机可以执行软件，执行图1-5中任意一项所示的方法，实现扫描区域的成像。
雷达311与接收天线321之间的连线为基线。图7所示的示例实施例中基线的长度为1.4米。
测试点340为点目标。图7所示的示例实施例中测试点340为角反射器。测试点340边长为3厘米，并放置于ρ=7米远的位置上。其角度差为0.1003。发射站310和接收站320的孔径均为0.7米。
图8示出了图7所示雷达系统的成像结果示意图。
如图8所示，从实测数据成像结果来看，点目标340可以在成像图中清晰辨认。
图9示出了图7所示雷达系统实测数据距离向剖面示意图。
如图9所示，距离向剖面为经过加窗处理后的图像。由于雷达器件本身的非线性误差、角反射器对于双站雷达系统的特殊反射特性、多径效应等因素。点目标距离340向存在-30dB的旁瓣，但幅度小，可忽略其对成像效果的影响，距离分辨率（加汉明窗后）为0.096米。聚焦性能满足要求，同时旁瓣幅值合理。
图10示出了图7所示雷达系统实测数据方位向剖面示意图。
如图10所示，方位向剖面横坐标轴为多普勒角度域轴，加汉明窗后存在-40dB的旁瓣，可看出方位向明显的聚焦效果，方位向分辨率（加汉明窗后）为0.232米。聚焦性能满足要求，同时旁瓣幅值合理。
本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器；存储器，存储处理器可以执行的程序，当程序被执行时，处理器执行前述任意一种成像方法。
本发明还提供了一种存储介质，存储处理器可以执行的程序，当程序被执行时，处理器执行前述任意一种成像方法。
图11示出根据一示例性实施例的一种电子设备的框图。
下面参照图11来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备200。图11显示的电子设备200仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图11所示，电子设备200以通用计算设备的形式表现。电子设备200的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元210、至少一个存储单元220、连接不同系统组件（包括存储单元220和处理单元210）的总线230、显示单元240等。
其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元210执行，使得所述处理单元210执行本说明书描述的根据本发明各种示例性实施方式的方法。例如，所述处理单元210可以执行如图1所示的配置方法，或者可以执行如图1-5所示的生成方法。
所述存储单元220可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元（RAM）2201和/或高速缓存存储单元2202，还可以进一步包括只读存储单元（ROM）2203。
所述存储单元220还可以包括具有一组（至少一个）程序模块2205的程序/实用工具2204，这样的程序模块2205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备200也可以与一个或多个外部设备200’（例如键盘、指向设备、蓝牙设备等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如路由器、调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口250进行。并且，电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
本发明提供的近距离双站地基合成孔径雷达成像方法、雷达系统、电子设备和存储介质，可以通过建立伪极坐标系统，并在该伪极坐标系下实现回波信号的距离徙动校正和方位向聚焦。其中，伪极坐标系可以通过目标点相对于发射站的距离和方位角，以及相对于接收站的距离和方位角构建。
在近距离条件下，扫描区域内的目标点相对于发射站和接收站的角度差异较大，难以近似成单站做距离徙动校正和方位向聚焦。导致了聚焦精度和计算复杂度难以兼顾。本发明提供的成像方法首先了建立伪极坐标系。由于该伪极坐标兼顾了目标点相对于发射站的距离和方位角，以及相对于接收站的距离和方位角；且形式上与单站极坐标形式相似。因而可以兼顾聚焦精度和算法复杂度。
通过上述方式可以在保证成像的聚焦精度的同时，降低成像过程的计算量，降低成像过程的时间复杂度。同时还可以通过对扫描区域进行分块处理，再线性解调的方式，在保证成像的聚焦精度的同时，降低方法的计算量，降低方法的时间复杂度。
本发明提供的雷达系统所包括的发射站和接收站保持相同的速度匀速运动，孔径方向与基线方向平行的布设方式，并采用本发明提供的成像方法，可以明显地减少成像方法的运算量。同时雷达系统对发射站及接收站运动的可控性强，可以保证收发平台速度的稳定性。可以控制基线长度在一定范围内，保证收发平台波束能够有效覆盖成像区域。
本发明提供的雷达系统在保证足够成像精度的前提下，可以采用较小的合成孔径。从而可以降低雷达系统的布设成本。并可以更好地适应地面环境限制。
本领域技术人员可以理解，本发明的技术方案可实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明可表现为完全硬件的实施例、完全软件的实施例（包括固件、常驻软件、微码等）或将软件和硬件相结合的实施例的形式，它们一般可被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明可表现为计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品嵌入到任何有形的表达介质中，所述有形的表达介质具有嵌入到所述介质中的计算机可用程序代码。
参照根据本发明实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明。可以理解的是，可由计算机程序指令执行流程图和/或框图中的每个框、以及流程图和/或框图中的多个框的组合。这些计算机程序指令可提供给通用目的计算机、专用目的计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，以使通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个框或多个框中指明的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可存储于能够指导计算机或其它可编程数据处理装置以特定的方式实现功能的计算机可读介质中，以使存储于计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图中的一个框或多个框中指明的功能/动作的指令装置。
计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程数据处理装置上，以引起在计算机上或其它可编程装置上执行一连串的操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使在计算机或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图中的一个框或多个框中指明的功能/动作的过程。
附图中的流程图和框图示出根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系结构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可表示一个模块、区段或代码的一部分，其包括一个或多个用于实现特定逻辑功能的可执行指令。还应注意，在一些可替代性实施中，框中标注的功能可以不按照附图中标注的顺序发生。例如，根据所涉及的功能性，连续示出的两个框实际上可大致同时地执行，或者这些框有时以相反的顺序执行。还可注意到，可由执行特定功能或动作的专用目的的基于硬件的系统、或专用目的硬件与计算机指令的组合来实现框图和/或流程图示图中的每个框、以及框图和/或流程图示图中的多个框的组合。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种近距离双站地基合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括：
接收双站雷达系统回波信号并处理，得到基带回波信号；
对所述基带回波信号做距离徙动校正，得到距离徙动校正信号；
换标所述距离徙动校正信号得到伪极坐标信号，所述伪极坐标信号与伪极坐标关联，所述伪极坐标由目标点相对发射站的距离、相对所述发射站的角度，相对接收站的距离和相对所述接收站的角度构建；
解调所述伪极坐标信号，得到所述目标点的伪极坐标。
2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，
所述距离徙动校正信号包括：距离徙动校正时域信号和距离徙动校正频域信号；
所述对所述基带回波信号做距离徙动校正，得到距离徙动校正信号，包括：
傅里叶变换所述基带回波信号，得到基带回波频域信号；
Keystone变换所述基带回波频域信号，得到所述距离徙动校正频域信号；
傅里叶逆变换所述距离徙动校正频域信号，得到所述距离徙动校正时域信号。
3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述换标所述距离徙动校正信号得到伪极坐标信号，包括：
分块扫描区域；
根据所述分块扫描区域，换标所述距离徙动校正信号得到分块伪极坐标信号。
4.根据权利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述解调所述伪极坐标信号，得到所述目标点的伪极坐标，包括：
根据所述分块扫描区域，生成分块参考信号；
根据所述分块伪极坐标信号和所述分块参考信号，得到线解调信号。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述根据所述分块伪极坐标信号和所述分块参考信号，得到线解调信号，包括：
相乘所述分块伪极坐标信号和所述分块参考信号。
6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述解调所述伪极坐标信号，得到所述目标点的伪极坐标，之后还包括：把所述伪极坐标变换为直角坐标。
7.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于， 所述发射站与所述接收站沿同一直线，以相同速度，匀速运动。
8.一种近距离双站地基合成孔径雷达系统，其特征在于，包括：
发射站，沿基线运动，发射雷达波；
接收站，与所述发射站沿同一直线，以相同速度，匀速运动，接收所述雷达波的回波信号；
成像单元，利用权利要求1-7中任意一项所述的成像方法成像。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，存储所述处理器可以执行的程序，当所述程序被执行时，所述处理器执行权利要求1-7中任意一项所述的成像方法。
10.一种存储介质，其特征在于，存储处理器可以执行的程序，当所述程序被执行时，所述处理器执行权利要求1-7中任意一项所述的成像方法。
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