TW202340748A - 減少合成孔徑雷達影像中之模糊度 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種操作一合成孔徑雷達「SAR」以獲取SAR回波資料用於形成一影像之方法，其包括：計算平台之最低點之一最低點模糊度指數；基於該最低點模糊度指數來判定由該SAR傳輸之一波形之連續脈衝之一頻率掃描方向序列；獲得該波形之該等連續脈衝之一相對相位序列；及使用該判定頻率掃描方向序列及該相對相位序列對該波形進行編碼。

Description

減少合成孔徑雷達影像中之模糊度
本發明涉及使用合成孔徑雷達成像之領域。
一合成孔徑雷達(SAR)可藉由傳輸雷達波束且記錄來自該等傳輸波束之回波來使地球上之一區域(亦稱為一目標區域)成像。SAR系統可安裝於諸如航空器之機載平台上以及自太空操作之衛星中。可使用各種SAR操作模式，諸如帶狀地圖、聚光燈、ScanSAR (掃描合成孔徑雷達)及TOPSAR (循序掃描SAR地形觀測)。
通常，一SAR系統以脈衝傳輸射頻輻射且記錄回波。取樣資料經儲存用於處理以形成一影像。SAR之脈衝操作之一可能結果係影像中可出現模糊，例如來自從最低點及不在目標成像區域內之其他點反向散射之雷達回波。此等模糊出現之原因可為難以將一雷達波束完全僅導引至目標影像像區域。事實上，雷達波束具有亦照射所要成像區域外之區域之旁瓣且導致來自此等「模糊」區域之雷達回波，其等接著與來自「非模糊」區域之回波混合。自非所要區域散射之先前及後續傳輸脈衝之此等回波可包含其當前位置處之最低點，其係SAR平台(例如一衛星)正下方之點。在此情況中，SAR影像係一非模糊影像(所要影像)、一部分聚焦模糊影像及最低點之一組合。
克服來自距離模糊區域之模糊度問題之一種方式係增大天線在垂直方向上之大小。此產生一更窄波束，使得波束之旁瓣減小且自模糊區域反向散射之信號亦減少。然而，增大天線之大小與小衛星之大小、重量及功率「SWAP」要求以及使寬行跡高解析度成像之要求矛盾。
可特別用於抑制最低點模糊之另一方式係調整脈衝重複頻率「PRF」，使得最低點回波時間超出雷達之接收窗。在大多數情況中，此係不切實際的且導致對PRF之額外約束，PRF已經最佳化以最大化行跡寬度且最小化方位模糊度信號比。另外，對於盲區外之模糊目標，無法使用PRF調諧來達成抑制。替代應用一固定或微調PRF，另一方法使用其中模糊位於不同導航線之不同範圍內之一交錯SAR系統，因為至先前及後續脈衝之時間距離不斷變動。因此，模糊能量在都卜勒(Doppler)域中非同調整合且因此拖影。不幸地，距離模糊度之抑制率受到典型系統參數相當限制且需要額外信號處理演算法來達成方位方向上之等距取樣。
一些模糊抑制方法之重點在於傳輸各種波形以能夠識別及抑制來自回波信號之模糊度且接著藉由處理分離出模糊回波來抑制殘餘模糊度。應瞭解，在下文中，除非另有說明，否則術語「聚焦」用於係指一統計或數學濾波程序而非(例如)光學聚焦。濾波之一實例係一傳輸信號之共軛與接收信號之一卷積。
波形分集背後之基本理念係獲得「標記」或識別一特定回波信號來自其之傳輸脈衝之能力。為此，系統必須能夠傳輸具有不同標記之信號且因此識別散射信號。文獻中提出至少三種不同波形：線性升頻及降頻(UDC)、方位相位編碼(APC)及角頻率(CF)。
UDC (線性升頻及降頻)波形分集可用於最低點抑制，使得可提取一良好品質SAR影像。然而，能量未被抑制，而是在距離方向上拖影。此可導致一影像中出現距離條紋，對於具有強反向散射性質之一目標尤其如此。由於信號被拖影而非被抑制，因此模糊信號之總能量無顯著減少。事實上，若考量一特定目標之總信號功率，則UDC之抑制能力針對一點目標可低至3 dB且針對一擴展目標低至0 dB。
為克服UDC之一些此等問題，文獻中提出基於雙聚焦技術之一些後處理演算法。在此等技術中，根據模糊區域聚焦原始資料。接著，對模糊區域之影像定限且抑制複雜資料，其中假定較高反向散射表示模糊目標。此技術之一個缺點係一些有用信號亦會損失。最後步驟係散焦回原始資料且接著根據非模糊區域聚焦原始資料。然而，此演算法可為運算密集型，因此期望運算不複雜之後處理演算法。
另一波形分集方法係APC (方位相位編碼)，其中交替各傳輸脈衝之相位以將非模糊目標信號之都卜勒頻寬移出處理頻帶。理念係基於將PRF設定得足夠高以分離信號之非模糊及模糊都卜勒頻寬。不幸地，此導致更窄行跡寬度或更差方位解析度，兩者均非SAR成像所期望。
CF (角頻率)係依賴使傳輸脈衝之頻率週期性移位以產生正交波形之一方法。然而，在此情況中，所需快速跳頻導致如突然功率漂移、硬體實施複雜性及增加校準負擔之實際問題。另外，SAR系統可具有用於儲存不同波形之有限記憶體。例如，TerraSAR-X衛星針對一獲取僅可儲存至多八種不同波形。
儘管一些最近努力在組合UDC與APC以提高最低點抑制效能，但此等波形均無法經設計以處理SAR影像中之最低點及距離模糊度兩者之抑制。下文所描述之本發明之一些實施例解決一些此等問題。然而，本發明不限於解決此等問題且所描述之一些實施例亦可解決其他問題。
提供本發明內容來以一簡化形式介紹概念之一選擇，其在以下詳細描述中將進一步描述。本發明內容不意欲識別所主張標的之關鍵特徵或基本特徵，且亦不意欲用於判定所主張標的之範疇。
下文中揭示一種操作一合成孔徑雷達「SAR」以獲取SAR回波資料用於形成一影像之方法，其中SAR攜載於相對於地面運行之一平台上且指向地面，方法包括：計算平台之最低點之一最低點模糊度指數；基於最低點模糊度指數來判定由SAR傳輸之一波形之連續脈衝之一頻率掃描方向序列；獲得波形之連續脈衝之一相對相位序列；及使用判定頻率掃描方向序列及相對相位序列對波形進行編碼。如下文將更詳細解釋，使用頻率掃描方向及相位之此編碼可用於減少SAR影像中之模糊度。
本文所描述之方法之任何者可經實施以操作已在軌道中之一衛星，且因此可以經組態用於控制一SAR操作之運算系統之形式實施。運算系統可機載於(例如)攜載SAR系統之平台上或可分佈於(例如)一平台與一地面站之間。
本文亦提供一種包括指令之電腦可讀媒體，指令在實施於形成一SAR作業系統之部分之一運算系統中時引起系統執行本文所描述之方法之任何者。
本文亦提供一種SAR系統，其經組態以根據本文所描述之方法之任何者傳輸無線電波之連續脈衝來照射一目標區域。
亦提供一種自攜載於相對於地面運行之一平台上之一SAR系統傳輸之脈衝無線電波形，其中使用輻射之連續脈衝之一頻率掃描方向序列對波形進行編碼且頻率掃描方向序列根據平台之最低點處之模糊度來變動。頻率掃描方向序列可(例如)根據自平台至最低點之距離來變動。波形可根據本文所描述之方法之任何者來編碼。
亦提供一種經組態用於傳輸脈衝波形之SAR系統。
波形可使用輻射之連續脈衝之一相對相位序列來編碼，且此可根據除最低點之外的一模糊區域中之一點之模糊度來變動。相對相位序列亦可根據自平台至最低點外之點之距離來變動。
本發明之實施例亦提供一種包括(例如)呈一演算法之形式之指令之電腦可讀媒體，指令在實施於形成一SAR作業系統之部分之一運算系統中時引起系統執行本文所描述之方法之任何者。
熟習技術者應明白，本發明之不同態樣及實施例之特徵可適當組合，且可與本發明之態樣之任何者組合。
下文僅以實例方式描述本發明之實施例。此等實例表示申請人當前已知之將本發明付諸實踐之最佳方式，但其等不是達成此之唯一方式。
本發明之一些實施例提供用於操作一SAR (合成孔徑雷達)系統獲得地球上之區域之影像之系統及方法。為此，一SAR系統可攜載於相對於地面運行之一平台上。例如，一SAR系統通常機載於衛星上。然而，本文所描述之方法及系統不限於空間，而是可使用航空器或任何其他適合平台執行。
在以下描述中，術語「非模糊信號」將用於係指自目標影像區域(本文亦指稱「所要」成像區域)獲取之一信號。模糊信號將用於係指自所要成像區域外之模糊區域獲取之一信號。模糊信號可與非模糊信號混合且可引起所得影像中之模糊度。最終期望獲得具有儘可能少模糊度之非模糊區域(目標影像區域)之一影像。根據本發明中所描述之一些方法，此可包含獲得模糊區域之一影像(本發明中指稱模糊影像)之一步驟。此參考使用模糊區域之參數聚焦以獲得該區域之一影像之SAR原始資料。模糊影像本身亦可具有價值，因為其以非常小之額外成本提供另一區域之額外成像。類似地，最低點信號係指來自衛星正下方之點之信號回波。最低點係一模糊信號之一特殊情況，且最低點區域之一影像亦可在獲得非模糊區域之一影像之程序中形成。
圖1係地球上之軌道中之一衛星100之一透視圖，作為可用於本文所描述之方法及系統中之一平台之一實例。衛星包括一本體110及「機翼」160。一或多個天線元件可安裝於衛星機翼上。衛星100另外包括一推進系統190，其展示為安裝於本體110上與太陽能電池板150對置之表面上。推進系統包括一般經操作以使衛星100維持在一特定軌道中之推進器205、210、215、220。例如，推進器205、210、215、220可用於在相對於地球之一特定方向上推進衛星100。如別處所述，本文所描述之方法特別但非排他地適於結合攜載於一衛星上之一SAR實施。
本體110可收容熟習技術者熟悉之一運算系統及控制設備。圖1亦示意性展示經組態以後處理所接收之SAR資料之一地面站運算系統195。本文所描述之方法之一些步驟可在一地面站運算系統處實施。
如本技術中所知，一SAR系統經操作以在其中將一輻射脈衝導向地面之一傳輸模式與其中接收自地面反射之輻射之一接收模式之間週期性交替。
亦如本技術中所知，為產生一SAR影像，傳輸無線電波之連續脈衝來「照射」一目標區域，且接收及記錄各脈衝之回波。可使用一單一波束成形天線傳輸脈衝且接收回波。由於SAR機載於一移動平台(諸如一衛星)上且因此相對於目標移動，因此天線相對於目標之位置隨時間改變且所接收信號之頻率歸因於都卜勒效應而改變。連續記錄之雷達回波之信號處理允許組合來自多個天線位置之記錄，藉此形成一合成孔徑天線(SAR)以允許產生高解析度影像。
由SAR成像之一區域稱為一覆蓋區。沿SAR之飛行方向之一方向通常指稱方位或沿航跡方向。橫向於飛行方向之一方向通常指稱距離、垂直或航跡交叉方向。與飛行方向相反之一方向對應於反向方位方向。
參考圖2，衛星100經展示為在方位方向上沿一航跡200運行。衛星在一「側掃」模式中操作，其中待成像之區域位於衛星之飛行路徑之側外而非其正下方。此係SAR衛星之典型特徵，因為歸因於來自衛星正下方之物件之鏡面反射之明亮回波難以形成最低點區域之一影像。陰影區域201表示待成像之一區域(非模糊區域)。點202係最低點或衛星正下方之點。區域204、205及206係來自其之歸因於雷達波束中之波瓣之雷達回波可引起SAR影像中之模糊度之模糊區域。點203係一模糊區域204中之一點，模糊區域204緊鄰其影像被期望之非模糊區域201。圖2展示在一經典帶狀地圖模式中操作之衛星100，其中隨著衛星在其軌道路徑上運行，SAR波束沿地面沿一個行跡掃描。然而，根據本發明之實例可同樣適用於任何SAR模式，包含(例如)聚光燈模式、ScanSAR (掃描合成孔徑雷達)模式及TOPSAR (循序掃描SAR地形觀測)模式。所收集之SAR資料通常包括來自非模糊區域、模糊區域及最低點之回波信號，其等分別對應於非模糊影像、模糊影像及最低點影像。
在根據本發明之一實例中，描述使用波形分集之一改良波形序列及方法。在一實例中，線性升頻/降頻(UDC)之波形編碼及方位相位編碼(APC)一起應用以抑制最低點回波及由接近所要成像區域之區產生之模糊度以產生一改良SAR影像。
對於UDC，不是使用一單一頻率傳輸雷達脈衝，而是在脈衝之持續時間內升頻或降頻掃描各脈衝之頻率以產生一「線性升頻」或一「線性降頻」。由衛星100傳輸之信號(忽略初始相位及功率項)可書寫如下： (1) (2)
其中 st u 及 st d 分別表示具有一線性升頻及一線性降頻之傳輸信號， α係線性調頻斜率， t係快速時間(或沿距離方向之時間)， Tp係脈衝寬度，且 rect係矩形函數。
回波將攜載升頻或降頻「簽章」，藉此指示回波是來自具有一線性升頻之一傳輸脈衝還是具有一線性降頻之傳輸脈衝。例如，一線性升頻傳輸至所討論之成像區域。鑑於至成像區域之距離及光速，預期來自該區域之回波之時間係已知的。接著，可存在來自其他更近或更遠區域之一些回波，其與來自所要成像區域之回波混合。例如，最低點更靠近得多，因此來自後續傳輸脈衝之回波可與已行進至成像區域且返回之脈衝一起出現。此係一模棱度之一實例。藉由仔細選擇線性升頻及降頻之序列使得非模糊影像回波全部為(例如)線性升頻而最低點回波在一給定時間點係線性降頻，可使用一匹配濾波器濾除最低點回波。
線性降頻與線性升頻之參考信號之匹配濾波器輸出係： (3)
相反情況(線性升頻與線性降頻之參考信號之匹配濾波器輸出)在指數內部具有一相反相位符號。因此，與傳輸信號(1)及(2)比較，根據非模糊參考信號之聚焦使模糊信號以兩倍脈衝(2 Tp)寬度及一半線性調頻斜率(α/2)失焦。數學上，本文之聚焦係傳輸信號之共軛與接收信號之卷積。應注意，儘管以實例方式描述具有線性升頻或降頻掃描之線性調頻或脈衝，但可根據本發明以相同方式使用其他類型之頻率掃描。可用於識別脈衝之頻率修改之其他實例包含(但不限於)非線性頻率掃描、三角頻率掃描、拋物線頻率掃描或角頻率掃描。
圖3a展示與模糊點目標比較之非模糊點目標之一模擬匹配濾波器輸出之一作圖，其中傳輸波形經UDC編碼。圖3b展示具有一模糊擴展目標之相同非模糊點目標輸出(在各距離取樣間距處具有點目標之80 m長目標)。下表1中給出模擬參數。可看出UDC波形可藉由拖影能量來抑制點目標。接著，若目標反向散射足夠強，則吾人可預期影像中將出現距離條紋。對於擴展目標情況且取決於目標之大小，3b中可看出UDC無助於顯著減少模糊信號。提出進一步修改波形以解決此問題，如下文所描述。 表1
參數名稱 值 單位
線性調頻頻寬 116 MHZ
取樣率 137 MHZ
脈衝寬度 33 us
至第一像素之斜距 687.7 km
入射角 ＞35 度
PRF 4000 度
在根據本發明之一實例中，UDC與方位相位編碼(APC)組合以更佳地減少由最低點以及靠近所要成像區域之模糊區產生且尤其由擴展目標產生之模糊度。APC之主要理念係使由距離模糊區域產生之模糊度之都卜勒頻譜移位，因此其等可在一SAR聚焦操作期間減輕。然而，應記住，單獨應用APC可具有諸如較窄行跡寬度或降級方位解析度之限制。
在下文中，描述其中針對平台之最低點計算一模糊度指數且基於此最低點模糊度指數來判定一頻率掃描方向序列之方法。接著，使用判定頻率掃描方向序列及波形之連續脈衝之一相對相位序列(APC)對波形進行編碼。
最低點模糊度指數可為一正或負整數。換言之，基於一第一模糊度指數係最低點回波之模糊度指數來應用不同頻率掃描方向序列或UDC序列。
另外，可基於一第二模糊度指數(例如具有最強回波之模糊區域(除最低點之外)之模糊度指數)應用不同相對相位序列或APC序列。由於具有模糊度指數等於1之模糊區域通常為最強回波，因此可將此用作第二模糊度指數。
產生波形分集之此方法可用於減少來自最低點回波及來自接近所要成像區域之模糊區兩者之模糊度。若最低點區域在雷達回波之範圍外，則波形之UDC及APC部分兩者可基於預期具有最強雷達回波之模糊區域之模糊度指數(本文指稱距離模糊度指數)來選擇。
頻率掃描方向序列之判定可包括自複數個頻率掃描方向序列選擇一頻率掃描方向序列。
最低點或任何其他區域之模糊度指數可取決於斜距、自平台至一模糊點之估計距離及波形之脈衝重複率之一或多者。
假定一平面地球，對於一模糊點，模糊度指數可表示為： (4) 其中 R係至待成像之計畫場景或目標區域(即，非模糊區域)之遠範圍之斜距， R n 係至模糊點之估計距離， c係光速，PRI係脈衝重複間隔，且⌊ ⌋係底限運算子。模糊度指數可為一整數及/或可為正或負。
可針對最低點及任何其他模糊區域中之任何點計算一模糊度指數。參考圖2，線210表示至待成像之非模糊區域(區域201)之遠範圍之距離且在本實例中係 R。點203係待成像區域201外之一模糊區204中之一點。點203之 R n 係由線211表示之距離。在一實例中，點203之模糊度指數係1。事實上，落在模糊區域204中之所有點將具有1之模糊度指數。模糊度指數指示距離模糊度之等級。最強模糊度將通常為由最低點202產生之模糊度。由於模糊區域204係最靠近非模糊區域201之區，因此具有模糊度指數1之點最有可能(但非總是)導致次強模糊度信號。在此實例中，模糊區域205中之點將具有-1之一模糊度指數。模糊區域206中之點將具有2之一模糊度指數。在最低點202之情況中，估計距離 R n 將僅為衛星在地面上方之高度，如由線212表示之距離所指示。在下文中，符號 N nadir 用於表示最低點模糊度指數且 N range 用於表示其他模糊區域中之點之模糊度指數。最低點202之模糊度指數將取決於場景幾何形狀、由線210表示之至待成像區域之距離及自衛星100至最低點202之距離(其等於衛星在地面上方之高度)。
應注意，一特定點之 N amb 取決於成像區域之位置且可因不同影像獲取而不同。例如，若模糊區206事實上係待成像之區域，則最低點202之模糊度指數將低於其中區域201係待成像之區域之實例。與衛星相距一固定距離之一點之模糊度指數可在一個軌道之航線期間多次改變，因為一衛星可在軌道之不同部分處被分配任務以使更靠近或更遠離航跡200之區域成像。直觀地， N amb 可被視為指示模糊區域與非模糊區域之空間順序。模糊區域離非模糊區域越遠，該模糊區域之 N amb 越高。應瞭解， R及 R n 之值亦將取決於衛星組態及任務規劃。例如，高度上之天線場型可比至目標之距離更主導所接收之信號功率。因此，如先前所提及，來自除最低點之外的一模糊區域之最強模糊度通常為第一(正)數目之模糊度，其中距離模糊度指數 N range =1。對於此區域，天線增益高於其他模糊區域，即使一些其他模糊區域靠近SAR平台。由於來自模糊區域之模糊度主要源於 N range =1，因此在本發明之一些實施例中，根據固定距離模糊度指數( N range =1)及變化最低點模糊度指數 N nadir 來設定波形分集。在後一情況下，方程式4中之 R n 變成至最低點之估計距離。
如下文將在一實例中展示，使用UDC及APC兩者對波形進行編碼可用於抑制最低點回波及其他模糊區域之回波兩者。最低點散射係落入SAR影像中之兩個像素內之一明亮目標。因此，可將最低點界定為一點目標(在距離方向上)且可使用UDC來將其成功抑制。可使用APC抑制來自距離模糊區域之剩餘模糊度。
在表2中，針對 N nadir (第一行)及奇數 N range (第二行)之不同值界定組合UDC與APC之三個不同波形序列。在此等序列中，界定UDC序列來抑制最低點模糊度，同時界定APC抑制來自距離模糊區域之模糊度。模糊度指數限為5但可使用相同基本原理容易地增大。 表2
最低點 編 號 距離模糊度 編號 波形序列
奇數 奇數 U、D、U+π、D+π...
1 奇數 U、U、D+π、D+π...
4 奇數 U、U、U+π、U+π、D、D、D+π、D+π...
在一實例中，假設 N nadir 計算為4。此意謂接收信號相對於傳輸信號移位4個脈衝。在此情況中，由於在線性調頻方向上所有傳輸與接收脈衝之間失配，因此最低點抑制表現良好，如下表3中所展示： 表3
傳輸脈衝線性調頻及相位 U U U(π) U(π) D D D(π) D(π)
接收脈衝線性調頻及最低點回波之相位 D D D(π) D(π) U U U(π) U(π)
此意謂最低點可被相對容易抑制。對於距離模糊區域，最強回波通常針對最靠近成像區域及衛星之區域，其係具有距離模糊度指數1之距離模糊區域。在距離模糊度指數等於1之情況中，來自最關注之模糊區域之所有接收脈衝相對於傳輸脈衝移位1，如下所示： 表4
傳輸脈衝線性調頻及相位 U U U(π) U(π) D D D(π) D(π)
接收脈衝線性調頻及距離模糊回波之相位 D(π) U U U(π) U(π) D D D(π)
因此，對於所接收之距離模糊信號，8個脈衝中僅2個展示與傳輸信號失配(U與D，目前忽略相位(π)編碼)，且6個脈衝匹配(U與D)。為此，在根據本發明之一實例中，藉由添加0或π之一相移來進一步使用方位相位編碼(或APC)對波形進行編碼以幫助減少來自距離模糊區域之模糊度。APC之主要理念係使距離模糊度之都卜勒頻譜移位使得其在SAR聚焦操作期間減輕。為使都卜勒頻譜移位PRF (脈衝重複頻率)/2，傳輸與接收脈衝之間需要一0、π、0、π、0、π、0、π…相位差。此可在 N range 係奇數時在所傳輸之線性升頻及降頻使用0、0、π、π、0、0、π、π…相位編碼(如上表4中所展示)進一步調變時達成。鑑於相位，現8個中有6個失配，藉此允許在後處理中識別及移除來自奇數距離模糊區域之更多信號。當 N range 係偶數且等於2時，可使用APC將傳輸脈衝修改為0、0、0、π、0、0、0、π…。當 N range 等於4時，可使用0、0、0、0、0、π、0、π來修改脈衝序列。因此，在此實例中， N nadir 用於界定波形之UDC場型，且 N range 用於界定波形之APC場型。組合波形允許抑制來自最低點及來自奇數或偶數模糊區域之模糊度。
波形序列不限於上列序列。其他序列亦可行。例如，對於線性升頻/降頻(UDC)方向波形編碼，其他頻率方向序列可如下： • 若 N nadir 為奇數，則線性調頻方向序列可為「UDUDUDUD…」或「DUDUDUDU…」 • 若 N nadir =2，則線性調頻方向序列可為「UUDDUUDD…」或「DDUUDDUU…」 • 若 N nadir =4，則線性調頻方向序列可為「UUUUDDDD…」或「DDDDUUUU…」
其中「U」係一「線性升頻」調變且「D」係一線性降頻調變。較高偶數可被忽略，因為此等模糊度中之功率通常微不足道。因此，頻率掃描方向序列或UDC之判定可包括取決於最低點模糊度指數而自複數個可能序列選擇一序列。
一般而言，對於相位波形編碼(APC)，可使用以下公式判定相位序列：
其中 係第k脈衝之相位。應注意，在第一N amb相位中，波形之起始相位可在0或π之間選擇。例如： • 若N range為奇數，則相位編碼序列可選擇為以下之一者： ○ 「0、0、π、π、0、0、π、π…」， ○ 「π、π、0、0、π、π、0、0…」 • 若N range為2，則相位編碼序列可選擇為以下之一者： ○ 「0、0、0、π、0、0、0、π…」及移位版本「π、0、0、0、π、0、0、0…」、「0、π、0、0、0、π、0、0、…」及「0、0、π、0、0、0、π、0、…」 ○ 「π、π、π、0、π、π、π、0…」及移位版本 • 若N range為4，則相位編碼序列可選擇為以下之一者： ○ 「0、0、0、0、0、π、0、π」及移位版本 ○ 「0、0、π、π、0、π、π、0」及移位版本 ○ 「0、π、π、π、0、0、π、0」及移位版本 ○ 「π、π、π、π、π、0、π、0」及移位版本
因此，可看出，為解釋除1之外的一距離模糊度指數，可根據一實例、基於距離模糊度指數係奇數、2或4來判定相對相位序列。一個頻率掃描方向序列可用於其中N nadir係奇數之所有例項，且一組較大頻率掃描方向序列可用於N nadir之不同偶數值。儘管展示0及π之移位，但脈衝未必需要移位π，且諸如-π/2及π/2之其他值係可行。移位亦可由小於π實施，但抑制來自距離模糊區域之模糊度之效能可能不夠好。
方程式(1)及(2)中已給出U及D脈衝之實例。為了完整，U+π及D+π之界定可給出如下： (5) (6)
在(例如)藉由組合UDC及APC與基於模糊度指數選擇之一頻率掃描方向序列及/或相對相位序列來收集SAR資料之後，可對其進行後處理以抑制最低點及距離模糊度。
所接收之原始回波資料將對應於一非模糊區域、一模糊區域及最低點。處理可包括在一雙聚焦程序中提取最低點資料及模糊資料。
圖4a及圖4b中呈現兩個不同後處理演算法流程之一實例。此等圖展示使用雙聚焦移除最低點模糊度及由距離模糊區域產生之模糊度之後處理方法。一般而言，首先處理SAR資料以偵測及抑制最低點，且接著提取最低點之一作圖。隨後處理資料以偵測及抑制模糊影像且提取距離模糊影像。最後，提取非模糊區域之SAR影像，在此程序之後，SAR影像實質上沒有或大幅減少最低點模糊度及來自其他距離模糊區域之模糊度。
本文所描述之方法不受限於所繪示之操作順序。特定言之，模糊影像之提取可在最低點影像之提取之前發生，或反之亦然。
首先關注圖4a，演算法之輸入係SAR原始資料，其對應於來自最低點、模糊區域及非模糊區域之資料。第一操作410係根據最低點回波來聚焦SAR資料以獲得最低點之一聚焦影像。一影像內存在最低點之兩個主要特徵。第一，歸因於傳輸信號自最低點處之物件直接反射回，信號功率較高。第二，距離僅在方位時間之一窄區域內偏離且甚至大部分在連續方位分格之相同距離分格中偏離。在操作412，偵測且抑制最低點。為偵測最低點，應用一距離滑動窗來提取受測單元與背景之比率。結果展示於圖5a中，圖5a展示一最低點聚焦影像中之偵測圖。此比率在各距離分格內求和以偵測最低點，如圖5b中所呈現。可清楚看出，最低點距離分格在6200至6500之間，而此區域外之作圖可為有用信號。
最低點偵測具有兩個優點：第一，不太可能抑制有用信號，且第二，衛星之地面上方高度被量測且可用於雷達測高目的。隨後，藉由使資料與時間頻寬乘積相除來抑制最低點模糊度。另外，在操作414提取最低點之一作圖。
在操作416，使SAR資料反向聚焦以提取原始SAR資料(現無最低點回波)。藉由根據最低點參數應用用於聚焦原始資料之濾波器之共軛來達成反向聚焦。除非不執行抑制，否則聚焦及反向聚焦之連續應用係相位及振幅保持。此實施方案之主要挑戰係保持所要信號不受最低點影響。為達成此目標，實施聚焦及反向聚焦以處理信號之全頻寬。另一挑戰係偵測最低點以僅抑制最低點影響特徵。聚焦包含距離壓縮(RC)、距離單元遷移校正(RCMC)及方位壓縮(AC)。在此背景下，RC使用匹配濾波及具有相對於傳輸脈衝隨距離模糊度指數移位之參考脈衝數之資料。RCMC被實施為一相位倍增。藉由使用對應距離來估計AC之參考函數。
在操作418，使用與距離模糊回波匹配之一濾波器聚焦SAR資料。在操作420，偵測且抑制距離模糊度。距離模糊度偵測係具有許多態樣之一問題。距離模糊度之最重要特徵係信號之功率足夠高使得目標之甚至失焦影像出現於非模糊影像中。在此情況中，一有序統計恆假警報率(或OS CFAR)方法[1]可處置偵測問題。然而，OS CFAR可導致非模糊目標主導之區域之假警報。一單元平均(CA) CFAR方法[2]可減少假警報且權衡增加漏偵測。在本發明之一些實施例中，應用OS CFAR方法。下一步驟係CA CFAR方法。一非模糊目標之能量在距離方向拖影，而在一模糊目標上聚焦。因此，替代估計一環內之背景，在距離方向上估計背景以減少假警報。
在操作422，自SAR資料提取模糊影像。接著，SAR資料在步驟426根據距離非模糊回波來聚焦(使用與非模糊回波信號匹配之一濾波器)以自SAR資料提取無最低點及距離模糊度之一非模糊影像之前在操作424再次反向聚焦。如前所述，藉由根據模糊區域參數應用用於聚焦原始資料之濾波器之共軛來達成反向聚焦。除非不執行抑制，否則聚焦及反向聚焦之一連續應用係相位及振幅保持。
圖4b展示上述方法之一替代實施例。替代包含反向聚焦及重新聚焦步驟之雙聚焦，圖4b中所描述之方法將此等操作替換為稱為「三角聚焦」之一單一聚焦操作。換言之，在操作413，SAR資料(無最低點)根據模糊回波來三角聚焦而非雙聚焦。類似地，在操作421，SAR資料根據非模糊回波來三角聚焦而非雙聚焦以提取無任何模糊度之非模糊影像。基本理念係：在根據最低點參數聚焦SAR原始資料(兩種方法中之操作410)之後，資料係針對模糊及/或非模糊區域處之目標具有一不同組態之失焦SAR資料且可使用適當參數聚焦以提取模糊及/或非模糊SAR影像。因此，使用三角聚焦，運算負擔大致減半。使用UDC及APC編碼之波形與兩種後處理方法(即，雙偶聚焦及三角聚焦)相容。
圖6a係展示根據本發明之一些實施例之一替代方法的一流程圖。在此情況中，在操作510，首先根據非模糊回波信號聚焦原始SAR資料。在操作512，偵測且抑制SAR中之一非模糊影像。接著，SAR資料在操作516根據非模糊回波信號再次聚焦之前在操作514反向聚焦(現無非模糊資料)。此允許自SAR資料提取模糊影像。
圖6b係展示根據本發明之一些實施例之另一替代方法的一流程圖。此處，原始SAR資料在操作508進行反向聚焦之前首先經處理以自SAR資料移除最低點且獲得最低點之一作圖(操作502至506)。隨後，執行相同於圖6a中所展示之操作之操作510至516以自SAR資料獲得一模糊影像，但其現在沒有最低點。如前所述，在另一實施例中，為了運算效率，圖6b中之反向聚焦508及聚焦510之操作可由一單一三角聚焦操作替換。對於兩個程序6a及6b，能夠提取模糊區域之一影像係所揭示方法之一附加及意外優點。模糊區域之影像提供可證明對SAR資料之最終使用者有用之一更寬區域之額外成像。
圖7係展示使用CA CFAR偵測SAR資料中之最低點之一方法的一流程圖。第一任務係判定保護及背景單元之數目以及所要假警報率。保護單元與受測單元(CUT)相鄰放置，在其前面及後面。此等保護單元之目的係避免信號(最低點)組分洩漏至背景單元中，其可影響雜訊估計之準確度。在本發明之一些實施例中，保護及背景單元之數目分別設定為5及15，且所要假警報率設定為0.001。然而，應瞭解，此等值可取決於方法之具體要求而變動。在根據最低點聚焦SAR資料(圖4a及圖4b中之操作410)之後，在操作610，為各距離指數添加一信號背景平均比「R」。在操作612偵測最低點峰值，且在操作614偵測最低點之一寬度。使用方程式7中所展示之函數偵測參考最低點峰值指數之最低點起始(N1)及結束(N2)指數： (7) 其中 N max 係依據斜距間距及地球假定之最大斜率而變化之最大可接受最低點， k max 係最低點回波峰值指數，且 S係在操作610計算之信號陣列且依據距離指數 K而變化。argmax函數返回最大化括弧內之函數之N 1及N 2之一值。N 1係(- N max /2+1, k max -1)內之一負整數且N 2係(k max +1, N max /2-1)內之一正整數。在操作616，方法濾除在最低點裕度寬度(k max +N 1, N max +N 2)外之任何偵測。操作618係選用的(如由虛線框所指示)且涉及作圖至曲線之曲線擬合及距離量測。
另外，如先前所提及，應用OS CFAR及CA FAR兩者來偵測距離模糊度。在本發明之一些實施例中，對於OS CFAR，將所要假警報率設定為0.001，且基於第N最大單元之選擇來估計雜訊功率，其中 N係3/4乘以SAR資料樣本之數目。對於隨後應用之CA CFAR，所要假警報率與OS CFAR相同，但保護單元之數目設定為1000，背景單元係 N chirp -1000，其中 N chirp 係脈衝寬度×取樣率。
前述方法之演算法在下文針對一低斜視情況導出，但可擴展至更一般情況。非模糊目標之基頻接收信號可近似為： (7)
其中 ω r 及 ω a 表示方位及高度之天線場型。分別地， A 0 係信號之振幅， η係慢(或方位)時間， K a 係方位脈衝率，R( η)係至目標之距離， R 0 係至目標之最小距離，且 λ係波長。
根據模糊脈衝率聚焦之第一操作410使脈衝寬度加倍，同時使非模糊信號之脈衝率減半。在方位方向上進行距離壓縮及傅立葉變換之後，距離都卜勒資料可表示為： (8)
距離包絡中之距離單元遷移(RCM)項根據最低點距離表示為： (9)
RCM可使用一線性相位倍增在距離傅立葉域中校正： (10)
在RCMC之後，信號可書寫如下： (11)
最後步驟係相對於最低點距離之方位壓縮。在此情況中，方位脈衝率可表示為： (12)
最後，方位壓縮之後的一非模糊目標之提取影像可寫成： (13)
因此，根據對應於模糊區域之參數聚焦之後的信號係可被視為已使用一不同組態收集之SAR原始資料，且信號不再需要散焦且接著重新聚焦，而是可直接聚焦以提取非模糊影像。
為驗證所提出之距離模糊度抑制方法，藉由使用由ICEYE Oy of Espoo (芬蘭)製造之SAR衛星來執行一系列SAR獲取。成像場景包含預期與一強最低點回波、一模糊區域回波及具有強散射體之一山區重合之一平靜水面，如圖8a中所繪示。圖8a中所展示之SAR影像使用本發明中所描述之UDC及APC之一組合以波形分集收集，但尚未進行後處理以自最低點及其他模糊區域移除模糊度。完成任務規劃以幾乎在行跡中間獲得一最低點線。入射角經選擇為37.3度以保證自一距離模糊區域觀測一擴大模糊度。在圖8a中所展示之影像中，很明顯，非模糊信號、最低點及模糊信號全部包含於SAR資料內。在此實例中，最低點之模糊度指數係5。
圖8b展示相同SAR影像，其中進行一些處理以抑制最低點反射及來自距離模糊區域之模糊度。可看出，最低點反射及距離模糊度實質上被抑制。然而，在影像中間，存在與最低點回波重合之距離條紋且在影像之右側，存在與強距離模糊度回波重合之條紋。
應用進一步後處理以抑制殘餘距離條紋。首先，如圖9a中所呈現，偵測最低點。估計最低點係570005.8 m，其非常接近實際量測值。標記為最低點之強散射體僅藉由使樣本與時間頻寬乘積相除而被抑制。接著，聚焦無最低點之原始資料以提取非模糊影像。在圖8c中，呈現波形分集及後處理兩者之結果。很明顯，影像中間之距離條紋與最低點相關且現已被完全抑制。
下一操作係偵測及抑制距離模糊度。圖9b中呈現模糊影像且圖9c中呈現距離模糊度偵測。比較模糊影像中之強散射體與偵測，觀測到演算法在偵測距離模糊區域中之目標時表現得非常好，同時不將散射體偵測為非模糊區域中之目標。另一觀測係：儘管在先前操作中成功抑制最低點，但仍存在無需被抑制之最低點之一剩餘部分。此部分可使用在先前操作中提取之最低點資訊來濾除。
在偵測及抑制距離模糊度之後，提取SAR影像且展示於圖8d中。可定性看出，由最低點及距離模糊區域產生之模糊度已被成功移除。不幸地，量化距離模糊度抑制效能不是非常簡單。圖10a、圖10b及圖10c提供一比較。在圖10a中，展示具有距離條紋之一SAR影像。模糊目標之能量在距離方向上拖影。因此，能量在距離方向上之總和係演算法效能之一指示。與一預設影像之距離總和(對方位)之一作圖比較，圖10b及圖10c中分別呈現圖10a針對最低點之區域1 (由較長劃線及點界限之區域)之距離總和及圖10a針對距離模糊度(對方位)之區域2 (由較短劃線及點界限之區域)之距離總和之作圖。預設影像係使用波形分集獲取之影像，但在使用波形分集來抑制最低點及距離模糊度之處理步驟之前。在處理之後，觀測到在其中所要信號由最低點回波主導之區域內定量及定性地抑制最低點模糊度。圖10c中呈現距離模糊度抑制效能。儘管可定性看出距離模糊度實質上被抑制，但距離模糊區域內之背景回波不夠低以致不允許使用此方法定量證實超過4 dB之一抑制效能。
為獲得更多效能資料，設計具有一非常高入射角及PRF之另一實驗。在此情況中，最低點不在行跡內，但距離模糊度相當強，如圖11a、圖11b及圖11c中所展示。顯然，圖11a中所展示之預設影像受距離模糊度高度影響。圖11b中所展示之模糊影像證明預設影像中之異常係距離模糊度之結果。所要影像中之距離模糊被顯著抑制，如圖11c定性所見。為量化功率，比較區域之距離總和與圖11d中之預設值。可看出，功率無疑被抑制，但背景反射率仍相當高，此防止抑制比量化為超過8 dB，儘管方法明顯對移除距離模糊度有效。最後，由於假警報，非模糊區域中之強目標亦會被抑制。
在本發明之一些實施例中，提出一種新穎最低點及距離模糊度抑制方法。方法係基於使用基於與APC組合之UDC之波形分集及包含最低點及距離模糊度偵測之一雙偶聚焦技術。實驗表明，可偵測最低點不僅用於在抑制最低點時保持所要信號且亦用於需要衛星高度、測高等之應用。亦呈現距離模糊影像來證明非模糊影像中之異常係距離模糊度之結果。方法在真實世界SAR資料中被驗證及證實。
前文中描述適合於實施本文所描述之操作方法之任何者之一衛星。對於已在軌道中之一衛星或其他平台，本文所描述之方法可藉由(例如)使用一適合運算系統自地面適當控制衛星來實施。換言之，一SAR可自地面操作且本文所描述之一些方法可在軟體中實施。因此，在一態樣中，本發明可提供包括指令之一電腦可讀媒體，指令在由一運算系統中之一處理器實施時引起運算系統根據本文所描述之方法之任何者來操作一SAR。
本文所描述之本發明之一些實施例提供經組態以根據本文所描述之方法之任何者來操作一SAR之一地面站運算系統。
在本發明之實施例之任何者中，衛星可在一近地軌道中運行或經組態以在一近地軌道中運行。
本文所描述之運算系統之任何者可組合於具有多個功能之一單一運算系統中。類似地，本文所描述之運算系統之任何者之功能可跨多個運算系統分佈。
本文所描述之方法之一些操作可由呈機器可讀形式(例如，呈包括電腦程式碼之一電腦程式之形式)之軟體執行。因此，本發明之一些態樣提供一電腦可讀媒體，其在實施於一運算系統中時引起系統執行本文所描述之方法之任何者之一些或所有操作。電腦可讀媒體可呈暫時或有形(或非暫時)形式，諸如儲存媒體包含磁碟、拇指驅動器、記憶卡等。軟體可適合於在一並行處理器或一串列處理器上執行，使得方法操作可以任何適合順序或同時實施。
本申請案承認韌體及軟體可為有價值、可單獨交易之商品。其意欲涵蓋在「啞」或標準硬體上運行或控制「啞」或標準硬體以實施所要功能之軟體。其亦意欲涵蓋「描述」或界定硬體之組態之軟體，諸如HDL (硬體描述語言)軟體，如用於設計矽晶片或組態通用可程式化晶片以實施所要功能。
上述實施例在很大程度上係自動化的。在一些實例中，系統之一使用者或操作者可手動指示實施方法之一些操作。
在本發明之所描述實施例中，系統可實施為本文別處所提及之任何形式之一運算及/或電子系統。例如，地面站可包括此一運算及/或電子系統。此一系統可包括一或多個處理器，其等可為微處理器、控制器或用於處理電腦可執行指令以控制裝置之操作以收集及記錄路由資訊之任何其他適合類型之處理器。在一些實例中(例如，當使用一晶片上系統架構時)，處理器可包含一或多個固定功能區塊(亦指稱加速器)，其等以硬體(而非軟體或韌體)實施方法之一部分。可在基於運算之裝置處提供包括一作業系統之平台軟體或任何其他適合平台軟體來使應用軟體能夠在裝置上執行。
術語「運算系統」在本文用於係指具有處理能力使得其可執行指令之任何裝置。熟習技術者將認識到，此等處理能力可併入至許多不同裝置中且因此術語「運算系統」包含PC、伺服器、智慧行動電話、個人數位助理及許多其他裝置。
應理解，上述益處及優點可與一個實施例相關或可與若干實施例相關。實施例不限於解決任何或所有所述問題之實施例或具有任何或所有所述益處及優點之實施例。
除非另有說明，否則一「物品」或「部件」之任何指涉係指一或多個該等物品。術語「包括」在本文用於意謂包含所識別之方法步驟或操作或元件，但此等步驟或操作或元件不包括一排他列表且一方法或設備可含有額外步驟或操作或元件。
此外，就在[實施方式]或申請專利範圍中使用術語「包含」而言，此術語意欲以類似於術語「包括」之一方式具包含性，如「包括」在用作一請求項中之過渡詞時所解譯。
圖繪示例示性方法。儘管方法被展示及描述為以一特定序列執行之一系列動作，但應理解及瞭解，方法不受序列之順序限制。例如，一些動作可以不同於本文所描述之順序之一順序發生。另外，一動作可與另一動作同時發生。此外，在一些例項中，無需所有動作來實施本文所描述之一方法。
本文所描述之方法之步驟或操作之順序係例示性的，但步驟或操作可以任何適合順序或適當同時實施。另外，可在不背離本文所描述之標的之範疇之情況下在方法之任何者中添加或取代步驟或操作或自方法之任何者刪除個別步驟或操作。上述實例之任何者之態樣可與所描述之其他實例之任何者之態樣組合以形成進一步實例。
應瞭解，一較佳實施例之以上描述僅以實例方式給出且可由熟習技術者進行各種修改。上述內容包含一或多個實施例之實例。當然，不能為了描述前述態樣而描述上述裝置或方法之每個可想到之修改及更改，但一般技術者應認識到，各種態樣之許多進一步修改及排列係可行的。因此，所描述之態樣意欲包含落入隨附申請專利範圍之範疇內之所有此等更改、修改及變動。
可參考以下條項來理解本發明之實例及實施例： 1. 一種操作一合成孔徑雷達「SAR」以獲取SAR回波資料用於形成一影像之方法，其中該SAR攜載於相對於地面運行之一平台上且指向地面，該方法包括： 計算該平台之最低點之一最低點模糊度指數； 基於該最低點模糊度指數來判定由該SAR傳輸之一波形之連續脈衝之一頻率掃描方向序列； 獲得該波形之該等連續脈衝之一相對相位序列；及 使用該判定頻率掃描方向序列及該相對相位序列對該波形進行編碼。 2. 如條項1之方法，其中該判定包括自複數個頻率掃描方向序列選擇一頻率掃描方向序列。 3. 如條項1或條項2之方法，其中該最低點模糊度指數取決於至待成像之一目標區域之遠範圍之斜距、自該平台至該最低點之估計距離及該波形之脈衝重複率之一或多者。 4. 如任何前述條項之方法，其中針對其中該最低點模糊度指數為奇數之所有例項判定該相同頻率掃描方向序列且針對最低點模糊度指數之不同偶數值判定複數個不同頻率掃描方向序列。 5. 如任何前述條項之方法，其中獲得該波形之該等連續脈衝之一相對相位序列包括計算除該最低點之外的一模糊區域中之一點之一距離模糊度指數及基於該距離模糊度指數判定該波形之一相對相位序列。 6. 如條項5之方法，其中相對相位序列之該判定取決於該距離模糊度指數是奇數還是偶數。 7. 如任何前述條項之方法，其包括根據一模糊影像及一非模糊影像處理所接收之原始回波SAR資料，其中該模糊影像係除最低點之外的一影像。 8. 如條項7之方法，其進一步包括使用與最低點回波匹配之一濾波器來聚焦該SAR影像資料。 9. 如條項8之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該最低點；及 自該SAR資料抑制該最低點。 10. 如條項9之方法，其進一步包括自該SAR資料提取該最低點。 11. 如條項10之方法，其進一步包括根據一模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。 12. 如條項11之方法，其中該雙聚焦包括： 使用與最低點回波信號匹配之該濾波器之共軛進行反向聚焦；及 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦模糊影像。 13. 如條項12之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦模糊影像。 14. 如條項13之方法，其進一步包括自該SAR資料提取該模糊區域之該聚焦影像。 15. 如條項14之方法，其進一步包括根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。 16. 如條項15之方法，其中根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以自該SAR資料產生一聚焦非模糊影像。 17. 如條項8或條項9之方法，其進一步包括使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦模糊影像，其中該聚焦包括以下步驟： 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該模糊回波信號之一方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。 18. 如條項17之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦模糊影像； 自該SAR資料抑制該聚焦模糊影像；及 自該SAR資料提取該聚焦模糊影像。 19. 如條項18之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得一聚焦非模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該非模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該非模糊回波信號之方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。 20. 如條項8或條項9之方法，其進一步包括根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。 21. 如條項20之方法，其中根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以自該SAR資料產生一聚焦非模糊影像。 22. 如條項7之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦非模糊影像。 23. 如條項21或條項22之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦非模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦非模糊影像。 24. 如條項22之方法，其進一步包括根據模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。 25. 如條項24之方法，其中根據模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得該模糊區域之一聚焦影像。 26. 如條項8或條項9之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦非模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該非模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該非模糊區域之該距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該非模糊回波信號之一方位脈衝率依據該最低點模糊度指數及至最低點之該距離而變化。 27. 如條項26之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦非模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦非模糊影像。 28. 如條項27之方法，其進一步包括使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得一聚焦模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該模糊回波信號之一方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。 29. 一種運算系統，其經組態以控制一SAR根據條項1至28中任一項之方法來操作。 30. 一種包括指令之電腦可讀媒體，該等指令在實施於形成一SAR作業系統之部分之一運算系統中時引起該系統根據條項1至28中任一項之方法來操作。 31. 一種SAR系統，其經組態以根據條項1至28中任一項之方法傳輸無線電波之連續脈衝來照射一目標區域。 32. 一種自攜載於相對於地面運行之一平台上之一SAR系統傳輸之脈衝無線電波形，其中該波形使用輻射之連續脈衝之一頻率掃描方向序列來編碼且該頻率掃描方向序列根據該平台之最低點處之模糊度來變動。 33. 如條項32之波形，其中該波形使用該輻射之連續脈衝之一相對相位序列來編碼。 34. 如條項33之波形，其中該相對相位序列根據除該最低點之外的一模糊區域中之一點之模糊度來變動。 參考文獻列表 [1] Herman Rohling，「Radar CFAR Thresholding in Clutter and Multiple Target Situations」，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，第19卷，第608頁至第621頁，1983年。 [2] X. Wen、X. Qiu、B. Han、C. Ding、B. Lei及Q. Chen，「A Range Ambiguity Suppression Processing Method for Spaceborne SAR with Up and Down Chirp Modulation」，Sensors 2018，18，1454. https://doi.org/10.3390/s18051454
100:衛星 110:本體 150:太陽能電池板 160:機翼 190:推進系統 195:地面站運算系統 200:航跡 201:非模糊區域 202:最低點 203:點 204:模糊區域 205:推進器/模糊區域 206:模糊區域 210:推進器/線 211:線 212:線 215:推進器 220:推進器 410:第一操作 412:操作 413:操作 414:操作 416:操作 418:操作 420:操作 421:操作 422:操作 424:操作 426:操作 502:操作 504:操作 506:操作 508:操作 510:操作 512:操作 514:操作 516:操作 610:操作 612:操作 614:操作 616:操作 618:操作
將僅以實例方式且參考以下圖式描述本發明之實施例，其中：
圖1係地球上方之軌道中之一衛星之一示意性透視圖，
圖2係在太空中操作之一衛星、待成像之一區域、最低點及若干模糊區域之一示意圖，
圖3a係模糊區域中之一非模糊點目標及一點目標之距離壓縮資料之一作圖，
圖3b係模糊區域中之一非模糊點目標及一擴展目標之距離壓縮資料之一作圖，
圖4a係使用一雙偶聚焦方法自SAR資料提取一非模糊影像之一方法之一流程圖，
圖4b係使用三角聚焦方法自SAR資料提取一非模糊影像之一方法之一流程圖，
圖5a係藉由對一聚焦最低點影像之受測單元與背景之比率定限來提取之偵測點之一作圖，
圖5b係一聚焦最低點影像之各距離分格之受測單元與背景之比例之總和之一作圖，
圖6a係展示根據本發明之一些實施例之一替代方法的一流程圖，
圖6b係展示根據本發明之一些實施例之另一替代方法的一流程圖，
圖7係展示根據本發明之一些實施例之用於偵測SAR資料中之最低點之一方法的一流程圖，
圖8a係展示一強最低點回波、一模糊區域回波及具有強散射體之一山區的SAR影像，
圖8b係展示在距離方向上拖影之最低點回波的一SAR影像。
圖8c係其中最低點被完全抑制之後處理之後的一SAR影像，
圖8d係其中最低點及距離模糊度兩者被完全抑制之後處理之後的一SAR影像，
圖9a係展示自使用波形分集收集之一SAR影像偵測最低點的一作圖，
圖9b係使用波形分集收集之SAR資料之一模糊影像，
圖9c係展示自使用波形分集收集之一SAR影像偵測來自一距離模糊區域之模糊度的一作圖，
圖10a係使用波形分集及距離條紋收集之SAR影像，
圖10b係與一預設影像比較之圖10a之中間區段之距離方向上之能量之總和對方位之一作圖，
圖10c係與一預設影像比較之圖10a之右區段之距離方向上之能量之總和對方位之一作圖，
圖11a係展示由一模糊區域產生之模糊度的具有一高入射角及一高脈衝重複率之一SAR影像，
圖11b係圖11a之SAR影像且無距離模糊度抑制之一模糊影像，
圖11c係圖11a之影像且無距離模糊度之一非模糊SAR影像，及
圖11d係與圖11a之預設影像比較之距離方向上之能量之總和對方位之比較之一作圖。
共同元件符號在所有圖中用於指示類似特徵。
410:第一操作
412:操作
414:操作
416:操作
418:操作
420:操作
422:操作
424:操作
426:操作

Claims (34)

  1. 一種操作一合成孔徑雷達「SAR」以獲取SAR回波資料用於形成一影像之方法，其中該SAR攜載於相對於地面運行之一平台上且指向地面，該方法包括： 計算該平台之最低點之一最低點模糊度指數； 基於該最低點模糊度指數來判定由該SAR傳輸之一波形之連續脈衝之一頻率掃描方向序列； 獲得該波形之該等連續脈衝之一相對相位序列；及 使用該判定頻率掃描方向序列及該相對相位序列對該波形進行編碼。
  2. 如請求項1之方法，其中該判定包括自複數個頻率掃描方向序列選擇一頻率掃描方向序列。
  3. 如請求項1之方法，其中該最低點模糊度指數取決於至待成像之一目標區域之遠範圍之斜距、自該平台至該最低點之估計距離及該波形之脈衝重複率之一或多者。
  4. 如請求項1之方法，其中針對其中該最低點模糊度指數為奇數之所有例項判定該相同頻率掃描方向序列且針對最低點模糊度指數之不同偶數值判定複數個不同頻率掃描方向序列。
  5. 如請求項1之方法，其中獲得該波形之該等連續脈衝之一相對相位序列包括計算除該最低點之外的一模糊區域中之一點之一距離模糊度指數及基於該距離模糊度指數判定該波形之一相對相位序列。
  6. 如請求項5之方法，其中相對相位序列之該判定取決於該距離模糊度指數是奇數還是偶數。
  7. 如請求項1之方法，其包括根據一模糊影像及一非模糊影像處理所接收之原始回波SAR資料，其中該模糊影像係除最低點之外的一影像。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包括使用與最低點回波匹配之一濾波器來聚焦該SAR影像資料。
  9. 如請求項8之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該最低點；及 自該SAR資料抑制該最低點。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括自該SAR資料提取該最低點。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括根據一模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。
  12. 如請求項11之方法，其中該雙聚焦包括： 使用與最低點回波信號匹配之該濾波器之共軛進行反向聚焦；及 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦模糊影像。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦模糊影像。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括自該SAR資料提取該模糊區域之該聚焦影像。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。
  16. 如請求項15之方法，其中根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以自該SAR資料產生一聚焦非模糊影像。
  17. 如請求項8之方法，其進一步包括使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦模糊影像，其中該聚焦包括以下步驟： 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該模糊回波信號之一方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦模糊影像； 自該SAR資料抑制該聚焦模糊影像；及 自該SAR資料提取該聚焦模糊影像。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得一聚焦非模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該非模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該非模糊回波信號之一方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。
  20. 如請求項8之方法，其進一步包括根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。
  21. 如請求項20之方法，其中根據非模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以自該SAR資料產生一聚焦非模糊影像。
  22. 如請求項7之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦非模糊影像。
  23. 如請求項21之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦非模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦非模糊影像。
  24. 如請求項22之方法，其進一步包括根據模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料。
  25. 如請求項24之方法，其中根據模糊回波信號來雙聚焦該SAR資料包括： 反向聚焦該SAR資料；及 使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得該模糊區域之一聚焦影像。
  26. 如請求項8之方法，其進一步包括使用與一非模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以產生一聚焦非模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該非模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該非模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該非模糊區域之該距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該非模糊回波信號之一方位脈衝率依據該最低點模糊度指數及至最低點之該距離而變化。
  27. 如請求項26之方法，其進一步包括： 偵測該SAR資料之該聚焦非模糊影像；及 自該SAR資料抑制該聚焦非模糊影像。
  28. 如請求項27之方法，其進一步包括使用與一模糊回波信號匹配之一濾波器來聚焦該SAR資料以獲得一聚焦模糊影像，其中該聚焦包括： 使用與該模糊回波信號匹配之一濾波器進行距離壓縮； 距離單元遷移校正，其中該模糊回波信號之一距離包絡中之一距離單元遷移項依據至該模糊區域之距離而變化；及 相對於至最低點之一距離進行方位壓縮，其中該模糊回波信號之一方位脈衝率依據該模糊度指數及至最低點之該距離而變化。
  29. 一種運算系統，其經組態以控制一SAR根據如請求項1之方法來操作。
  30. 一種包括指令之電腦可讀媒體，該等指令在實施於形成一SAR作業系統之部分之一運算系統中時引起該系統根據如請求項1之方法來操作。
  31. 一種SAR系統，其經組態以根據如請求項1之方法傳輸無線電波之連續脈衝來照射一目標區域。
  32. 一種自攜載於相對於地面運行之一平台上之一SAR系統傳輸之脈衝無線電波形，其中該波形使用輻射之連續脈衝之一頻率掃描方向序列來編碼且該頻率掃描方向序列根據該平台之最低點處之模糊度來變動。
  33. 如請求項32之波形，其中該波形使用該輻射之連續脈衝之一相對相位序列來編碼。
  34. 如請求項33之波形，其中該相對相位序列根據除該最低點之外的一模糊區域中之一點之模糊度來變動。
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