专利名称：二维多孔径ScanSAR成像方法
技术领域：
本发明属于星载合成孔径雷达信号处理领域，特别涉及一种二维多孔径ScanSAR成像方法。
背景技术：
ScanSAR是一种常用的宽测绘带成像模式，已被成功地应用于多颗星载SAR (合成孔径雷达)系统中。ScanSAR采用Burst工作体制和距离向波束指向的周期性调整展宽了传统星载SAR的测绘带宽，但与传统条带模式相比，ScanSAR模式方位分辨率却明显降低。若能在保证几百公里宽幅照射测绘的情况下，提高雷达获取的几何分辨率，同时实现高分辨宽覆盖成像能力，这就能大大缩短高分辨对地观测的周期，从而能进一步满足军事侦察、国土资源勘测、自然灾害评估等一系列应用的迫切需求。
二维多孔径ScanSAR模式利用多孔径平板相控阵天线技术和数字波束赋形(DBF)技术极大改善了传统ScanSAR模式的方位分辨率和系统成像性能，是未来实现高分辨宽测绘的主要工作模式之一。在二维多孔径ScanSAR模式下，距离向多条子测绘带同时被照射和回波接收，方位向多个孔径又同时接收雷达回波。鉴于不同子测绘带回波信号被同时接收和星载多通道SAR系统设计时难以保证方位向均匀采样的要求，这种工作模式主要存在不同子测绘带回波信号相互干扰和方位多通道非均匀采样两大关键问题。这些问题将较大程度上增加了系统的距离和方位模糊，恶化了获取的星载SAR图像质量，最终影响到星载SAR图像在实际应用中的使用。综上所述，传统的星载SAR数据处理方法将无法有效地处理二维多孔径ScanSAR模式，同时雷达图像面临系统模糊严重、图像散焦和混叠等问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种二维多孔径ScanSAR成像方法，以解决二维多孔径ScanSAR模式下不同子测绘带回波信号相互干扰和方位多通道非均匀采样的问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种二维多孔径ScanSAR成像方法，包括以下步骤SlOl :采用距离向匹配滤波器分别对各子孔径接收的回波数据进行距离向脉冲压缩；S102 :联合距离向和方位向经脉冲压缩的回波数据组成矩阵z，利用二维加权矢量Wk对所述矩阵Z的各列分别进行加权求和；S103 :利用ECS算法进行回波数据的聚焦成像。作为优选，所述距离向匹配滤波器的传递函数HJf;)为
Γ π / r2\H1(Zr)=IKrIhl -exp -J-Sgn(^Tr) exp jrt卞，
-4 」K I J其中，&为调频率，f；为距离向频率。
作为优选，所述二维加权矢量wk = (HkV+)H，其中，(·)Η为共轭转置；Hk = [h1； h2，. . .，hLQ]，其中，L为多普勒模糊次数，Q为距离模糊次数，在矩阵Hk中，元素hk = I,其他元素为零；V+为矩阵 V 的伪逆矩阵，V= [V(0rl)，V(0 r2)]ffiXLQ，其中，N为长度向子孔径的数目，K为高度向子孔径的数目，L为多普勒模糊次数，Q为距离模糊次数，￥(^)=[u(W,6>n ),.6 JJaxxz，其中，θ 为子测绘带上目标与天线法线方向的夹角肩,......巧瞬时斜距与飞行方向的夹角，w = I，2，11(約，U二p(0 q(p,)，其中，运算符 表示 Kronecker 积，I = 1,2......L,
r \「 Γ ΑπΖ, Sinfi1.,)( 4πΖκ sin0m,、~|丁p(^n,)= exp -j^~- ,-,exp -j^~^ ，
_ VaJ Va JAk^-i
(ΑπΧ,οο^φ (lS)\ f 4πΧ^τοο$( α (/))) _ ,q一)= exp j^ . 1 Wj ,-,exp j^Λ { Λ，其中，
AA
_ VJ\tJ iZk= (k-l)r/2, k = I, 2......K, r 为高度向子孔径间距,Xn = (n-l)d/2, η = 1,2......N, d 为长度向子孔径间距，λ为波长，fjl)为模糊频率。作为优选，所述步骤S103包括对所述步骤S102的加权求和结果进行距离向逆匹配压缩处理；进行Chirp Scaling操作、距离徙动校正与距离压缩和残余相位补偿；将测绘带内所有目标的双曲线多普勒相位历程替代为恒定的二次相位历程；在方位时域移除目标的二次相位历程，保留目标的一次相位；利用方位向傅里叶变换得到完全聚焦的二维多孔径ScanSAR图像。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果在本发明二维多孔径ScanSAR成像方法中，通过距离向脉冲压缩粗聚焦，实现了回波信号能量的积累，提高距离向接收信号的信噪比；通过距离向与方位向联合的二维DBF处理，完成不同子测绘带回波分离和方位周期性非均匀采样信号的频谱重构，解决了二维多孔径ScanSAR模式下不同子测绘带回波信号相互干扰和方位多通道非均匀采样的问题。


图I为二维多孔径ScanSAR模式工作原理示意图；图2为二维多孔径ScanSAR模式距离向回波数据混叠示意图；图3为本发明的二维多孔径ScanSAR成像方法的流程示意图；图4A为子测绘带I中心场景示意图；图4B为子测绘带3中心场景示意图；图5A为单个接收孔径数据单独成像得到的子测绘带I的成像处理结果示意图；图5B为单个接收孔径数据单独成像得到的子测绘带3的成像处理结果示意图；图6A为采用本发明的二维多孔径ScanSAR成像方法得到的子测绘带I的成像处理结果示意图；图6B为采用本发明的二维多孔径ScanSAR成像方法得到的子测绘带3的成像处
理结果示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。图I为二维多孔径ScanSAR模式工作原理示意图，图2为二维多孔径ScanSAR模式距离向回波数据混叠示意图。如图I和图2所示，假设平台飞行速度为V，高度为h，天线面阵被分割成NXK个子孔径，即长度向由N个子孔径组成，孔径间距为d，高度向由K个子孔径组成，孔径间距为r。以地面为XY平面建立坐标系，X为沿航迹方向，Y为垂直航迹方向，Z为高度向。在时间t = O时,方位向位置为I、距离向位置为I的子孔径坐标为(0，O, h),方位向位置为η、距离向位置为k的子孔径坐标为((n-l)d，0，h+(k-l)r)。发射信号时，使用距离DBF对第一列子孔径进行加权处理，调整距离向波束指向，发射子脉冲先照射第3个子测绘带，然后照射第I个子测绘带。方位向波束与方位向多孔径ScanSAR原理相同，使用多相位中心多波束技术。接收信号时，NXK个子孔径同时接收回波。利用方位向多孔径等效相位中心原理，NXK个子孔径可等效为位置为(Xn，0，h+Zk)的子孔径自发自收，其中Xn= (n-l)d/2，Zk =(k_l)r/2。发射信号为线性调频信号，距离向波束按照一定时间顺序发射第w(w = I, 2)个子脉冲。此处假设w = I时波束照射子测绘带3，w = 2时波束照射子测绘带1，脉宽为Tw，子脉冲延时为Tdw (Tdl = O, Td2 = Td)，调频率为&，载频为f，波长为λ，发射信号为
权利要求
1.一种二维多孔径ScanSAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤5101:采用距离向匹配滤波器分别对各子孔径接收的回波数据进行距离向脉冲压缩； 5102:联合距离向和方位向经脉冲压缩的回波数据组成矩阵Z，利用二维加权矢量Wk对所述矩阵Z的各列分别进行加权求和； 5103:利用ECS算法进行回波数据的聚焦成像。
2.根据权利要求I所述的二维多孔径ScanSAR成像方法，其特征在于，所述距离向匹配滤波器的传递函数HJfr)为
3.根据权利要求I所述的二维多孔径ScanSAR成像方法，其特征在于，所述二维加权矢量 Wk= (HkV+)H, 其中， (· )H为共轭转置; Hk= Di1, h2，...，hM]，其中，L为多普勒模糊次数，Q为距离模糊次数，在矩阵Hk中，元素hk=l，其他元素为零； V+为矩阵V的伪逆矩阵，V= [ν(θΓ ),ν(θ r2) ]NKXLQ，其中， N为长度向子孔径的数目，K为高度向子孔径的数目，L为多普勒模糊次数，Q为距离模糊次数，=，其中，Θ 为子测绘带上目标与天线法线方向的夹角，Λ、％......外瞬时斜距与飞行方向的夹角，w = I，2， uM凡) =，其中，运算符 表示 Kronecker 积,I = 1,2......L,
4.根据权利要求I所述的二维多孔径ScanSAR成像方法，其特征在于，所述步骤S103包括 对所述步骤S102的加权求和结果进行距离向逆匹配压缩处理； 进行Chirp Scaling操作、距离徙动校正与距离压缩和残余相位补偿； 将测绘带内所有目标的双曲线多普勒相位历程替代为恒定的二次相位历程； 在方位时域移除目标的二次相位历程，保留目标的一次相位； 利用方位向傅里叶变换得到完全聚焦的二维多孔径ScanSAR图像。
全文摘要
本发明公开了二维多孔径ScanSAR成像方法，包括以下步骤S101采用距离向匹配滤波器分别对各子孔径接收的回波数据进行距离向脉冲压缩；S102联合距离向和方位向经脉冲压缩的回波数据组成矩阵Z，利用二维加权矢量wk对所述矩阵Z的各列分别进行加权求和；S103利用ECS算法进行回波数据的聚焦成像。通过距离向与方位向联合的二维DBF处理，完成不同子测绘带回波分离和方位周期性非均匀采样信号的频谱重构，解决了二维多孔径ScanSAR模式下不同子测绘带回波信号相互干扰和方位多通道非均匀采样的问题。
文档编号G01S13/90GK102901964SQ20121032587
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者黄平平 申请人:内蒙古工业大学