[發明專利]基于脈沖相位編碼的單通道HRWS?SAR成像方法

在審

• 申請號: 201710983240.1
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107942327A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 廖桂生;王寒冰;許京偉;張玉洪;朱圣棋;蘭嵐
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，特別涉及一種單通道高分辨率寬測繪帶HRWS合成孔徑雷達SAR的成像的方法，可用于地形測繪、環境和災害監視、地質探測、海洋監測以及偵查。

背景技術

合成孔徑雷達SAR是一種高分辨成像雷達，其具有二維高分辨能力，通過發射大帶寬信號，經脈沖壓縮后，獲得距離上的高分辨率；依靠雷達與目標間的相對運動形成大的合成孔徑，經相干處理后，實現方位上的高分辨率。SAR具有全天候、全天時和遠距離的信息獲取能力，能夠在復雜環境下完成光學雷達和紅外雷達難以完成的任務，例如寬測繪帶、環境和災害監視、地質探測、海洋監測以及偵查。

隨著各研究應用領域的發展，人們對SAR的要求越來越高，同時獲得高分辨和寬測繪帶的SAR圖像成為必然的發展趨勢。為了獲得寬測繪帶，要求天線具有較小的縱向尺寸，并且為了避免距離模糊要求脈沖重復頻率PRF不能太高；而方位高分辨率則需要方位尺寸不能過大，同時為了避免方位模糊而要求PRF不能太低。因此，對于為確保不存在距離和方位模糊而受最小天線面積限制的傳統單通道SAR系統，寬測繪帶和高分辨率圖像是一對不可調和的矛盾。

為了解決上述寬測繪帶與高分辨率的矛盾，研究者們大多采用多通道SAR技術。M.Suess,B.Grafmueler等人在其發表的論文“A novel high resolution,wide swath SAR system”(IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium)中提出采用多個方位和俯仰的子孔徑來獲得高分辨寬測繪帶，但是這會導致系統設計復雜，并且需較大空間位置，導致成本太高。對于多通道SAR系統，由于其將面臨通道間幅相不一致的問題，這無疑會造成柵瓣和相位誤差的問題，從而影響SAR圖像質量。

中國科學院電子學研究所在其申請的專利“一種高分辨、寬測繪帶的星載SAR體制實現方法”(申請號：201410020544.4，公開號：CN103728618A)中提出了一種基于方位向多發多收體制的高分辨、寬測繪帶的星載SAR實現方法，其采用滑動聚束模式，N個發射子孔徑發射頻帶互不相交的線性調頻信號，在對各子孔徑接收的子帶回波信號進行分離后，進行一系列的預處理和成像處理，最終獲得的測繪帶寬是單發單收滑動聚束體制的N倍，同時距離和方位分辨是單發單收滑動聚束體制的1/N。但這種方法的實現體制不僅要解決通道間幅相不一致的問題，而且要處理信號分離帶來的誤差問題，同時該體制系統復雜度過高，不易實現實時處理。

G.Krieger等人在其發表的論文“Unambiguous SAR signal reconstruction from nonuniform displaced phase center sampling”(IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters)中提出一種高分辨看測繪帶成像方法，該方法采用多維編碼信號結合數字波束形成技術實現，但該方法由于受到硬件條件和波形設計的限制，難以在實際應用中實現。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提出一種基于脈沖相位編碼的單通道高分辨寬測繪帶SAR成像方法，以充分利用PRF過高時回波信號的多普勒頻率域，減小系統復雜度和成本，實現通過單通道SAR獲得高分辨寬測繪帶。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

(1)對發射脈沖信號的相位進行編碼，得到回波信號的編碼相位：

使用單通道SAR系統，考慮正側條帶模式下的無模糊區域和其相鄰的較遠距離模糊區域，設發射的脈沖信號為線性調頻信號，用對發射的第k個脈沖信號進行相位編碼，其中，j為虛數符號，為編碼相位，k＞0；

設當前發射脈沖序號k與模糊回波對應的發射脈沖序號的差為p，在第k個接收窗接收到的整個回波信號中，無模糊回波信號和模糊回波信號的編碼相位分別為和

(2)利用無模糊回波信號的編碼相位對整個回波信號進行解碼，解碼后，無模糊回波信號的剩余編碼相位為0，而模糊回波信號的剩余編碼相位為：

(3)對(2)中解碼后的整個回波信號沿方位慢時間做傅里葉變換，變換到距離-多普勒域，得到兩個完全被分開的無模糊回波信號和模糊回波信號；

(4)用兩個濾波器，在距離-多普勒域提取出無模糊回波信號X_ua和頻譜錯位的模糊回波信號X_a，然后在距離-多普勒域將X_a的頻譜中心恢復到零頻位置，得到頻譜正常的模糊回波信號