[發明專利]一種基于MIMO圖像域的BP寬帶合成方法

有效

• 申請號: 201310421650.9
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103472449A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張曉玲;王輝;胡克彬;師君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

技術領域：

本發明屬于合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)高分辨成像技術領域，它特別涉及到了系統硬件條件(發射端瞬時發射帶寬和接收機采樣率)受限條件下的SAR距離向高分辨率成像的技術領域。

背景技術：

合成孔徑雷達是一種具有高分辨率的微波成像雷達，具有全天時和全天候工作的優點，并具有一定的植被和地面穿透能力，因而被廣泛應用于軍事及民用領域。在軍事偵察、地質普查、地形測繪和制圖、災情預報等應用時，為了獲取觀測區域更多的信息，需對觀測區域高分辨成像，實現高分辨率一直是SAR發展的重要目標。SAR利用載機的運動來模擬大孔徑天線實現方位向高分辨；通過發射大帶寬的線性調頻信號(Linear?Frequency?Modulation，LFM)并利用脈沖壓縮(Pulse?Compression)技術獲得距離向高分辨率。傳統雷達系統由于受硬件復雜度和成本制約難以發射很大帶寬的信號以獲得距離向高分辨率，帶寬合成技術就是利用在發射端發射多個中心頻率步進的LFM信號，并在接收端將各個接收機接收的回波信號經過相參疊加形成等效的大帶寬LFM信號，從而實現距離向高分辨率成像的技術。詳見“鄧云凱、陳倩、祁海明、鄭慧芳、劉亞東.一種基于頻域子帶合成的多發多收高分辨率SAR成像算法[J].電子與信息學報.2011，33(5)：1082-1087”。

后向投影(Back?Projection，BP)算法首先將合成孔徑雷達原始數據沿距離向進行距離壓縮(脈沖壓縮)，然后通過選擇不同慢時間觀測空間中任意像素點在距離壓縮后SAR數據空間中的數據，補償方位向多普勒相位，并進行相干累加，最終獲得各像素點散射系數的成像算法。由于BP算法可以有效的補償運動誤差，針對雷達平臺抖動和非勻速直線運動帶來的運動誤差可以精確補償以實現合成孔徑雷達的精確成像，非常適用于寬帶合成技術中對高分辨率的要求。詳見“師君.雙基地SAR與線陣SAR原理及成像技術研究[D].電子科技大學博士論文.2009”。

圖像域寬帶合成技術就是將各個接收機接收的中心頻率步進的窄帶LFM回波信號各自進行BP成像獲得低分辨率的子圖像并在圖像域對各子帶圖像進行相參疊加以獲得等效寬帶信號的高分辨率距離向的SAR圖像的技術。

多輸入多輸出(Multiple?Input?Multiple?Output，MIMO)技術最早是由Marconi于1908年提出的用多天線來抑制信道衰落的。該技術可以解決傳統寬帶合成系統中單發單收SISO(Single-Input?Single-Output)系統順次發射步進頻信號導致脈沖重復頻率(Pulse?Repetition?Frequency，PRF)過低引起測繪帶受限的問題。

發明內容：

為了提高SAR圖像距離向分辨率同時降低雷達系統對發射機發射信號帶寬和接收機采樣率的要求，本發明提出了一種基于MIMO圖像域BP寬帶合成方法，其特點是首先利用MIMO體制下多個發射機同時發射中心頻率步進的LFM信號，對接收到的各個窄帶回波信號經BP成像得到各個低分辨率的子圖像后，再對多個低分辨的子圖像進行圖像域的相參疊加以獲得高分辨距離向的SAR圖像。這種方法與現有的數據域的寬帶合成方法相比，大大簡化了寬帶合成過程中的通道不一致性誤差補償步驟，避免了數據域合成帶來的子帶重疊誤差校正繁瑣的問題，在降低運算量的同時實現了SAR距離向的高分辨率成像。

為了方便描述本發明的內容，首先作以下術語定義：

定義1、距離向

在雷達系統中，將雷達測距的范圍劃分成若干小的區域并將其編號，每個編號代表一個距離向。

定義2、方位向

將雷達掃描空間均勻劃分為若干等分，每一等分為一個方位向。

定義3、快時間和慢時間

將距離向和方位向的時間分別定義為快時間和慢時間，“快”和“慢”是相對而言的。一般而言距離向的時間變化的快而方位向的時間變化的較慢。

定義4、斜距平面

本發明中的斜距平面是指由雷達速度方向矢量和斜距方向矢量構成的空間平面。

定義5、脈沖壓縮

脈沖壓縮是一種現代雷達信號處理技術，簡單來說就是雷達發射寬脈沖，然后再接收端“壓縮”為窄脈沖，從而改善雷達的兩種性能：作用距離和距離分辨率。詳見“皮亦鳴，楊建宇，付毓生，楊曉波.合成孔徑雷達成像原理.第一版.電子科技大學出版社.2007.3”。

定義6、升采樣