[發(fā)明專利]一種基于空時(shí)采樣方法的寬幅星載SAR系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910651697.1
• 申請(qǐng)日: 2019-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110376587B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于澤;陳文姣;李春升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

1.一種基于空時(shí)采樣方法的寬幅星載SAR系統(tǒng)，其特征在于采樣處理包括有下列六個(gè)步驟：

第一步：建立星載SAR空間幾何關(guān)系，并構(gòu)建在每個(gè)采樣時(shí)刻各個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)對(duì)應(yīng)的斜距矩陣R；

SAR系統(tǒng)與場(chǎng)景之間的距離由星載空間幾何關(guān)系確定，在不同采樣時(shí)刻，對(duì)于不同場(chǎng)景點(diǎn)，得到的斜距矩陣R；

第二步：依據(jù)斜距矩陣構(gòu)建在奈奎斯特采樣頻率下SAR方位向上的觀測(cè)矩陣；

在不同采樣時(shí)刻，對(duì)于不同場(chǎng)景點(diǎn)，得到的觀測(cè)矩陣D；

第三步：將觀測(cè)矩陣D中的元素按行向量隨機(jī)劃分為一組行數(shù)為L(zhǎng)的Q個(gè)空時(shí)采樣矩陣；

將觀測(cè)矩陣D寫(xiě)成行向量的形式，然后將所述D中的行向量隨機(jī)地分配給Q個(gè)空時(shí)采樣矩陣O；

Q個(gè)空時(shí)采樣矩陣的行數(shù)為其中表示下取整函數(shù)，N表示在滿足奈奎斯特率采樣定理下的方位向采樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)；

寬幅SAR系統(tǒng)是由Q個(gè)子測(cè)繪帶拼接而成的，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)子測(cè)繪帶上會(huì)有一個(gè)空時(shí)采樣矩陣，即Q個(gè)子測(cè)繪帶上對(duì)應(yīng)的空時(shí)采樣矩陣分別記為O¹,O²,…,O^q,…,O^Q，其中，O¹表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣，O²表示第二個(gè)子測(cè)繪帶上的第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣，O^q表示第q個(gè)子測(cè)繪帶上的第q個(gè)空時(shí)采樣矩陣，上角標(biāo)q表示子測(cè)繪帶的標(biāo)識(shí)號(hào)，也稱為任意一個(gè)子測(cè)繪帶上的空時(shí)采樣矩陣，O^Q表示第Q個(gè)子測(cè)繪帶上的第Q個(gè)空時(shí)采樣矩陣，也稱為最后一個(gè)子測(cè)繪帶上的空時(shí)采樣矩陣，上角標(biāo)Q表示子測(cè)繪帶的總個(gè)數(shù)；

所述第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣O¹表征為

L表示空時(shí)采樣矩陣中的行數(shù)，也是在降采樣后的方位向采樣點(diǎn)數(shù)；

M表示同一個(gè)距離門上的場(chǎng)景點(diǎn)數(shù)；

l是一個(gè)變量，取值范圍1至L，表示為方位向第l個(gè)點(diǎn)；

m是一個(gè)變量，取值范圍1至M，表示為距離向第m個(gè)點(diǎn)；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第1個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第1個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第1個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第2個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第1個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第1個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第M個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第2個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第1個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第1個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第L個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第1個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第2個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第2個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第2個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第L個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第2個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第2個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第L個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第2個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第M個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第M個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

表示第一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第L個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第M個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

同理，所述第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣O²表征為其中，表示第二個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

同理，所述任意一個(gè)空時(shí)采樣矩陣O^q表征為其中，表示任意一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

同理，所述最后一個(gè)空時(shí)采樣矩陣O^Q表征為其中，表示最后一個(gè)子測(cè)繪帶上的沿方位向上采集到的第l個(gè)隨機(jī)方位時(shí)刻從D_修正矩陣中抽取到的第m個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)的元素；

第四步：計(jì)算每個(gè)空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)和每組矩陣的矩陣系數(shù)均值，通過(guò)調(diào)整第三步中的隨機(jī)性使這個(gè)均值達(dá)到最小，并保存相對(duì)應(yīng)的一組空時(shí)采樣矩陣；

步驟401，將各個(gè)空時(shí)采樣矩陣表示為由列向量組成的形式；執(zhí)行步驟402；

第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣O¹表示為由列向量組成的形式，記為第一個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣

步驟402，設(shè)置列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)關(guān)系記為執(zhí)行步驟403；

u^q表示列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)，表示任意一個(gè)空時(shí)采樣矩陣中的第i列向量，表示任意一個(gè)空時(shí)采樣矩陣中的第j列向量，下角標(biāo)i表示任意一個(gè)空時(shí)采樣矩陣中的第一個(gè)任意列序號(hào)，下角標(biāo)j表示任意一個(gè)空時(shí)采樣矩陣中的第二個(gè)任意列序號(hào)，且i≠j；

步驟403，計(jì)算各個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)；執(zhí)行步驟404；

利用步驟402的列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)關(guān)系計(jì)算得到第一個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣的第一個(gè)最大互相關(guān)系數(shù)u¹，即

利用步驟402的列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)關(guān)系計(jì)算得到第二個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣的第二個(gè)最大互相關(guān)系數(shù)u²，即

利用步驟402的列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)關(guān)系計(jì)算得到任意一個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣的任意一個(gè)最大互相關(guān)系數(shù)u^q，即

利用步驟402的列向－空時(shí)采樣矩陣的最大互相關(guān)系數(shù)關(guān)系計(jì)算得到最后一個(gè)列向－空時(shí)采樣矩陣的最后一個(gè)最大互相關(guān)系數(shù)u^Q，即

步驟404，計(jì)算最大互相關(guān)系數(shù)均值執(zhí)行步驟405；

步驟405，利用一維高斯分布重復(fù)調(diào)整步驟三中的各個(gè)空時(shí)采樣矩陣O¹,O²,…,O^q,…,O^Q；直至輸出的最大互相關(guān)系數(shù)均值為最??；執(zhí)行步驟406；

步驟4051，采用一維高斯分布對(duì)空時(shí)采樣矩陣O¹,O²,…,O^q,…,O^Q進(jìn)行第一次調(diào)整，得到第一次調(diào)整后的第一組空時(shí)采樣矩陣，簡(jiǎn)稱為第一組調(diào)整矩陣V₁，所述和對(duì)所述V₁順次執(zhí)行步驟401至步驟404，得到第一次調(diào)整的最大互相關(guān)系數(shù)均值執(zhí)行步驟4052；

表示第一組調(diào)整矩陣V₁中的第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第一組調(diào)整矩陣V₁中的第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第一組調(diào)整矩陣V₁中的第q個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第一組調(diào)整矩陣V₁中的最后一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

步驟4052，采用一維高斯分布對(duì)空時(shí)采樣矩陣O¹,O²,…,O^q,…,O^Q進(jìn)行第二次調(diào)整，得到第二次調(diào)整后的第二組空時(shí)采樣矩陣，簡(jiǎn)稱為第二組調(diào)整矩陣V₂，所述和對(duì)所述V₂順次執(zhí)行步驟401至步驟404，得到第二次調(diào)整的最大互相關(guān)系數(shù)均值執(zhí)行步驟4053；

表示第二組調(diào)整矩陣V₂中的第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第二組調(diào)整矩陣V₂中的第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣；

表示第二組調(diào)整矩陣V₂中的第q個(gè)空時(shí)采樣矩陣；

表示第二組調(diào)整矩陣V₂中的最后一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；

步驟4053，采用一維高斯分布對(duì)空時(shí)采樣矩陣O¹,O²,…,O^q,…,O^Q進(jìn)行第l次調(diào)整，得到第l次調(diào)整后的第l組空時(shí)采樣矩陣，簡(jiǎn)稱為第l組調(diào)整矩陣V_l，所述和對(duì)所述V_l順次執(zhí)行步驟401至步驟404，得到第l次調(diào)整的最大互相關(guān)系數(shù)均值執(zhí)行步驟4054；

表示第l組調(diào)整矩陣V_l中的第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第l組調(diào)整矩陣V_l中的第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第l組調(diào)整矩陣V_l中的第l個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示第l組調(diào)整矩陣V_l中的最后一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

步驟4054，采用一維高斯分布對(duì)空時(shí)采樣矩陣O¹,O²,…,O^q,…,O^Q進(jìn)行空時(shí)采樣矩陣中行數(shù)為L(zhǎng)的調(diào)整，得到調(diào)整后的第L組空時(shí)采樣矩陣，簡(jiǎn)稱為第L組調(diào)整矩陣V_L，所述和對(duì)所述V_L順次執(zhí)行步驟401至步驟404，得到第L次調(diào)整的最大互相關(guān)系數(shù)均值執(zhí)行步驟406；

表示最后一組調(diào)整矩陣V_L中的第一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示最后一組調(diào)整矩陣V_L中的第二個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示最后一組調(diào)整矩陣V_L中的第q個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

表示最后一組調(diào)整矩陣V_L中的最后一個(gè)空時(shí)采樣矩陣；表示屬于的第一個(gè)列向量；表示屬于的第二個(gè)列向量；表示屬于的第m個(gè)列向量；表示屬于的最后一個(gè)列向量；

步驟406，從u_均值、和中選取出最小的系數(shù)均值，記為u_min；然后將所述u_min對(duì)應(yīng)的一組空時(shí)采樣矩陣組MVO¹,MVO²,…,MVO^q,…,MVO^Q輸出給步驟五；

第五步：將最優(yōu)空時(shí)采樣矩陣組中的Q個(gè)空時(shí)采樣矩陣對(duì)應(yīng)于Q個(gè)子測(cè)繪帶，最終得到寬幅SAR系統(tǒng)；

采用MVO¹,MVO²,…,MVO^q,…,MVO^Q對(duì)應(yīng)于觀測(cè)矩陣D中行的每個(gè)序號(hào)為：

所述MVO¹對(duì)應(yīng)的修正后的行序號(hào)為其中：

L表示空時(shí)采樣矩陣中的行數(shù)，也是在降采樣后的方位向采樣點(diǎn)數(shù)；

l是一個(gè)變量，取值范圍1至L，表示為方位向第l個(gè)點(diǎn)；

表示距離向天線指向第一個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第一個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第一個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第二個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第一個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第l個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第一個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第L個(gè)采樣脈沖；

所述MVO²對(duì)應(yīng)的修正后的行序號(hào)為其中：

表示距離向天線指向第二個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第一個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第二個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第二個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第二個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第l個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第二個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第L個(gè)采樣脈沖；

所述MVO^q對(duì)應(yīng)的修正后的行序號(hào)為其中：

表示距離向天線指向第q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第一個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第二個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第l個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第L個(gè)采樣脈沖；

所述MVO^Q對(duì)應(yīng)的修正后的行序號(hào)為其中：

表示距離向天線指向第Q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第一個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第Q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第二個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第Q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第l個(gè)采樣脈沖；

表示距離向天線指向第Q個(gè)子測(cè)繪帶進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的第L個(gè)采樣脈沖；

第六步：為了避免星載SAR系統(tǒng)中發(fā)射脈沖遮擋，除了最高視角的子測(cè)繪帶外，通過(guò)添加斜視角使每個(gè)子帶工作在斜視狀態(tài)，保證每個(gè)子測(cè)繪帶的回波時(shí)延相同，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)子測(cè)繪帶的回波被完整接收，最終得到寬幅SAR系統(tǒng)；

為了避免不同子測(cè)繪帶回波的重疊，采用添加斜視角使得所有子測(cè)繪帶回波的時(shí)延相同，除了具有最大觀測(cè)入射角的子測(cè)繪帶處于正側(cè)視狀態(tài)，每個(gè)子測(cè)繪帶的斜視角為θ^q＝arccos(Rm^q/Rm^Q),0≤θ^q≤π/2；θ^q表示在任意一子測(cè)繪帶上添加的斜視角，上角標(biāo)q表示子測(cè)繪帶，Rm^q表示任意一子測(cè)繪帶波束中心的斜距，Rm^Q表示最后一子測(cè)繪帶波束中心的斜距；當(dāng)子測(cè)繪帶離星下點(diǎn)越近，則斜視角越大。