[發明專利]基于天線方向圖補償的直線合成孔徑雷達成像方法和系統

在審

• 申請號: 202010816258.4
• 申請日: 2020-08-14
• 公開（公告）號: CN112034459A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 王鵬宇;宋千
• 申請（專利權）人: 宋千;王鵬宇
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明涉及基于天線方向圖補償的直線合成孔徑雷達成像方法和系統。一種基于天線方向圖補償的直線合成孔徑雷達成像方法，包括步驟：S1、對直線合成孔徑雷達天線方向圖進行精確測量；S2、形成若干成像像素點；劃定為多個直線合成孔徑；S3、計算每個所述成像像素點與所述直線合成孔徑之間的距離延遲、方位角與俯仰角；S4、多個所述相位補償因子形成相位補償矩陣；S5、得到所述一維距離像；S6、得到所述成像像素點的補償圖像；S7、得到所述直線合成孔徑的所述子圖像；S8、所述子圖像進行相干疊加得到最終成像。本發明通過對所述成像像素點進行補償，將由天線相位方向圖引入的相位不一致性誤差進行消除，提高了直線孔徑SAR大積累角條件下的方位分辨率。

技術領域

本發明涉及雷達成像領域，尤其涉及基于天線方向圖補償的直線合成孔徑雷達成像方法和系統。

背景技術

雷達(Radio Detection and Ranging,Radar)通過主動輻射電磁波來獲取目標的距離、方位和速度等信息。為獲取更多的觀測信息和目標特性，實孔徑雷達成像技術應運而生，其原理是：對發射的寬帶信號進行脈沖壓縮分辨距離維遠近分布的點目標；通過波束形成分辨平行于天線方向分布的點目標。在實孔徑雷達成像中，方位分辨力由雷達波束寬度決定的。孔徑越長，分辨率越高；而距離越遠，分辨率越低。對于遠距離作用雷達，為了獲取足夠高的方位分辨率，天線孔徑需要達到足夠的長度。

1951年6月，美國Goodyear Aerospace公司的C.Wiley提出利用多普勒波束銳化技術(Doppler Beam Sharpening,DBS)來提高方位分辨率，為雷達信號對地表進行二維高分辨成像提供依據。DBS利用空間采樣構建了一個等效的長天線孔徑，突破了實孔徑技術對方位分辨率的限制，標志著合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像技術的誕生。SAR利用雷達與目標之間的相對運動獲取不同時刻、不同空間位置的觀測信息，通過相干處理實現方位高分辨成像。與光學成像相比，SAR成像具有全天時、全天候和遠距探測等優點。

根據工作平臺的不同，SAR可以分為機載SAR、星載SAR、彈載SAR、車載SAR和球載SAR等。同時SAR系統根據具體工作模式的不同又分為條帶SAR、聚束SAR、循序掃描地形觀測(Terrain Observation by Progressive Scans,TOPS)SAR以及滑動聚束SAR，并且每種工作模式又可以衍生出正側視和斜視兩種幾何構型。其中，正側視條帶SAR是最常見的工作模式，在該模式下，雷達安裝于搭載平臺，天線指向角度固定，當雷達沿直線運動時，天線波束均勻掃過地面，形成帶狀觀測區域。

在正側視條件下，雷達波束中心線與測繪帶垂直，設雷達在方位向波束角寬度為θ，合成孔徑的長度為L。建立雷達-目標坐標系，以雷達坐標為(X,0)、目標P的坐標為P(X₀,Y₀)，雷達沿X軸做勻速運動，速度為v，設探測區域內有一點目標P(X₀,Y₀)，雷達到目標的距離為R(t)，最短徑向距離設為R₀，則時刻t雷達到目標的瞬時距離為：

其中X＝vt，在理想運動條件下，且當目標點和雷達滿足R₀＞＞(X₀-X)時，用菲涅爾近似對式(1)進行簡化得：

假設雷達發射連續正弦波s(t)＝Aexp(jω_ct)，則理想點目標回波信號r(t)為：

r(t)＝Aexp[jω_c(t-τ)] (3)

式中，A為天線幅度增益，ω_c為發射信號的載頻，τ＝2R(t)/c為目標回波信號延遲，c為光速。對式(3)進行相干檢波并幅度歸一化得：

r(t)＝exp[-jω_cτ] (4)