[發(fā)明專利]一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910059548.2
• 申請(qǐng)日: 2009-06-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101566689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉玲;曾濤;王銀波;師君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曾 磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及了合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種高分辨率的微波成像系統(tǒng)，它依靠雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)形成合成陣列來(lái)獲得橫向高分辨率，利用大帶寬信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)縱向高分辨率。三維SAR是基于常規(guī)SAR橫向維和縱向維的基礎(chǔ)之上外加切橫向維，它也是依靠雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)獲得切橫向分辨率。

目前研究比較熱的三維SAR系統(tǒng)是線陣SAR(簡(jiǎn)稱LASAR)系統(tǒng)。它是把一線性陣列天線固定在飛機(jī)機(jī)翼上來(lái)重建場(chǎng)景三維信息的一種三維SAR系統(tǒng)，它克服了曲線SAR天線相位中心控制精度差的缺點(diǎn)，但是由于該系統(tǒng)的實(shí)線陣是一個(gè)全饋元激勵(lì)陣，其存在功率消耗大，饋元耦合和數(shù)據(jù)處理量大等缺點(diǎn)。基于線陣SAR系統(tǒng)的三維成像機(jī)理，結(jié)合線陣SAR系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，有人提出了一種單激勵(lì)的線陣三維SAR系統(tǒng)，它就是把發(fā)射機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，接收陣列天線橫向固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，每一個(gè)PRF只打開(kāi)一個(gè)天線饋元來(lái)接收回波，那么從整個(gè)慢時(shí)間來(lái)看，設(shè)定接收天線相位中心走一個(gè)曲線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的重建，它繼承了LASAR系統(tǒng)天線相位中心控制精度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了三維成像數(shù)據(jù)量的大大減少。但是由于該系統(tǒng)采用的是均勻線陣天線，當(dāng)天線饋元間距大于發(fā)射電磁波波長(zhǎng)的一半時(shí)，在不同于瞄準(zhǔn)方向的角度有波束最大值，也就是柵瓣，詳見(jiàn)文獻(xiàn)“自適應(yīng)濾波----時(shí)域自適應(yīng)濾波和智能天線”龔耀寰編著。由于柵瓣和主瓣都是波束最大值，那么在雷達(dá)探測(cè)中柵瓣和主瓣會(huì)產(chǎn)生模糊，同時(shí)也會(huì)把柵瓣當(dāng)成主瓣從而出現(xiàn)虛警或者假目標(biāo)，因此可以消除柵瓣。

雖然線陣天線的波束形成中存在柵瓣，但是消除柵瓣相對(duì)于成像來(lái)說(shuō)它是一個(gè)次要的目的，近年來(lái)也很少有提出消除柵瓣的方法。而消除線陣天線波束柵瓣最直接的辦法就是保證天線饋元間距小于發(fā)射電磁波波長(zhǎng)的一半，但是它在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)比較困難。文獻(xiàn)“綜合脈沖與孔徑雷達(dá)的距離與方向耦合柵瓣現(xiàn)象及其克服方法”中提出了消除二維成像圖像中柵瓣的方法：發(fā)射脈沖相位編碼法和發(fā)射頻率順序隨即排列法。到目前為止，據(jù)發(fā)明人所知，還沒(méi)有文章提出消除三維成像中柵瓣的方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有三維合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果中柵瓣多、旁瓣高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的三維成像，本發(fā)明提出了一種消除三維合成孔徑雷達(dá)圖像柵瓣的方法。它克服了單激勵(lì)線陣SAR成像圖像中柵瓣多的缺點(diǎn)，此外，它還繼承了單激勵(lì)線陣三維SAR的天線相位中心控制精度高和成像數(shù)據(jù)處理量大大減少的優(yōu)點(diǎn)。

為了方便描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先作以下術(shù)語(yǔ)定義：

定義1、柵瓣

均勻線陣天線的波束圖(當(dāng)陣列輸入為平面波時(shí)，陣輸出與平面波入射角θ的關(guān)系)不但在瞄準(zhǔn)方向θ₀取得波束最大值，而且在滿足下式的所有θ角均取得最大值，有：

dλsinθ=±k]]>k＝0，1，2，...

d是天線饋元間距，λ是發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)，θ是平面波入射角。詳見(jiàn)文獻(xiàn)“自適應(yīng)濾波----時(shí)域自適應(yīng)濾波和智能天線”，龔耀寰編著，電子工業(yè)出版社出版。

定義2、線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)

線陣三維成像合成孔徑雷達(dá)是將線性陣列天線固定于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，利用平臺(tái)飛行速度和線陣長(zhǎng)度以合成二維平面陣列，可以對(duì)測(cè)繪區(qū)域進(jìn)行三維成像的一種合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。

定義3、延遲時(shí)間

延遲時(shí)間是發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)到接收機(jī)接收到信號(hào)這一段時(shí)間，記為τ，它由觀測(cè)區(qū)域到該系統(tǒng)的距離R決定，τ＝(2R)/C，其中，C為光速。

定義4、單激勵(lì)線陣三維合成孔徑雷達(dá)

單激勵(lì)線陣三維合成孔徑雷達(dá)是基于線陣SAR系統(tǒng)的三維成像機(jī)理，把發(fā)射機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，將接收陣列天線對(duì)稱于發(fā)射機(jī)且按饋元排列方向固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，保持發(fā)射機(jī)不斷的對(duì)測(cè)繪區(qū)域發(fā)射信號(hào)，而在每一個(gè)PRF我們只打開(kāi)接收陣列天線的一個(gè)天線饋元來(lái)接收回波，最后對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理并得到三維成像的一種合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的幾何模型如附圖1。詳見(jiàn)文獻(xiàn)“APCTrajectory?design?for‘one-active’linear?array?3-D?imaging?SAR”，Shi?Jun

定義5、單激勵(lì)線陣三維SAR的接收天線相位中心軌跡