[發(fā)明專利]基于改進(jìn)的RD算法的室內(nèi)距離向移動SAR成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711268453.2
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN109870685B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李彧晟;胡家銘;洪弘;顧陳;孫理;閆嘉明;熊俊軍;馬悅;朱曉華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 馬魯晉

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)的RD算法的室內(nèi)距離向移動SAR成像方法，該方法首先將FMCW雷達(dá)沿著距離向移動得到雷達(dá)回波信號；接著根據(jù)移動軌跡對得到的回波信號做修正，得到有效的信號；然后用改進(jìn)過的RD算法對信號成像；最后做幾何變換得到真正的SAR圖像。本發(fā)明方法有效可行，性能可靠，可以準(zhǔn)確地定位狹窄環(huán)境下的室內(nèi)墻壁邊或角落里的物體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改進(jìn)的RD算法的室內(nèi)距離向移動SAR成像方法。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)SAR利用雷達(dá)天線在目標(biāo)區(qū)域上做方位向上的移動來合成更大的孔徑，實現(xiàn)比傳統(tǒng)的波束掃描雷達(dá)更好的空間分辨率。傳統(tǒng)的SAR系統(tǒng)需要搭載在飛機(jī)或者衛(wèi)星上，以獲得地球表面的SAR圖像。無人機(jī)的快速發(fā)展以及FMCW雷達(dá)變得更加便攜，更低成本等原因，使得無人機(jī)搭載FMCW雷達(dá)來實現(xiàn)SAR系統(tǒng)成為了可能。

但是目前無人機(jī)與雷達(dá)結(jié)合還停留在室外環(huán)境下，利用無人機(jī)搭載雷達(dá)在方位向上的掃描一個大的合成孔徑，然后通過相干處理多普勒調(diào)制實現(xiàn)方位向上的高分辨率。但是合成孔徑雷達(dá)同樣適用于室內(nèi)環(huán)境下，它相比于室內(nèi)的紅外傳感器和室內(nèi)攝像頭成像而言，可以不受天氣、光線和障礙物的影響。它可以穿透障礙物檢測目標(biāo)，也可以不用像其他微波雷達(dá)的檢測區(qū)域受雷達(dá)位置的限制。但是由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，空間有限，使得無人機(jī)不能在方位向移動的距離有限，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的斜視SAR成像方法難以形成足夠大的孔徑；而且沒有足夠的高度，使得斜視SAR無法有效地覆蓋整個房間。因此，需要一個有效的方法實現(xiàn)室內(nèi)的SAR成像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)的RD算法的室內(nèi)距離向移動SAR成像算法。

實現(xiàn)該目的的技術(shù)解決方案為：一種基于改進(jìn)的RD算法的室內(nèi)距離向移動SAR成像方法，包括以下步驟:

步驟1、在室內(nèi)劃定一個長方形觀測區(qū)域，包括A墻壁、B墻壁、C墻壁和D墻壁，A墻壁和C墻壁相平行，B墻壁和D墻壁相平行，A墻壁和B墻壁相垂直，待測物體擺在A墻壁的中間，雷達(dá)設(shè)置在B墻壁的中間，雷達(dá)天線朝向D墻壁；雷達(dá)采用FMCW雷達(dá)，并搭載在無人機(jī)上。

步驟2、無人機(jī)搭載雷達(dá)沿著距離向移動，即從B墻壁向D墻壁移動，得到距離向上移動的原始雷達(dá)回波信號f(S_t)，其中S_t是雷達(dá)在慢時域t接收到的矩陣，雷達(dá)波發(fā)射的方向為距離向，與距離向垂直的方向為方位向。

步驟3、利用無人機(jī)攜帶的室內(nèi)GPS定位系統(tǒng)追蹤無人機(jī)的飛行軌跡，用(X(t),Y(t),H(t))表示雷達(dá)的運(yùn)動坐標(biāo),其中t∈[0,T]，X(t)和Y(t)分別為雷達(dá)方位向坐標(biāo)和距離向坐標(biāo)，H(t)是無人機(jī)的高度，T是飛行時間。利用實際的運(yùn)動軌跡和理想路線的關(guān)系修正雷達(dá)回波信號f(S_t)，最后得到雷達(dá)沿距離向移動的準(zhǔn)確的信號；

步驟3-1、利用室內(nèi)GPS系統(tǒng)獲取無人機(jī)飛行的軌跡，用坐標(biāo)軸(X(t),Y(t),H(t))表示，其中t∈[0,T]，T是飛行持續(xù)時間，X(t)和Y(t)分別是雷達(dá)方位向坐標(biāo)和距離向坐標(biāo)，H(t)是無人機(jī)的高度；

步驟3-2、以Y(t)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，則雷達(dá)理想的運(yùn)動路徑可以定義為(x,Y(t),h))，則可以得到同一時間t上理想路徑和實際路徑的差值r′_t，其中t∈[0,T]，x是理想的方位向坐標(biāo)，h是無人機(jī)設(shè)定的飛行高度，r′_t可以表示為：