专利名称：星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种对合成孔径雷达的回波信号的处理系统，更特别地说，是指ー种用于星载合成孔径雷达成像处理的方位模糊抑制系统。
背景技术：
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)系统是ー种有源的遥感设备，它主动向目标发射电磁波，利用目标散射特性作用下接收到回波信号进行成像。星载合成孔径雷达是ー个非常复杂的系统，系统參数众多且相互关联、相互制約。在距离向，雷达发射线性调频信号，经过对回波信号进行脉冲压缩，从而得到较高的距离向分辨率；在方位向，通过卫星的雷达平台在前进过程波束与目标相对位置的变化，形成等效线性阵列天线，从 而提高了方位分辨率。影响星载SAR的图像质量的关键因素之一就是方位模糊性问题。这与星载SAR的脉冲工作方式有关，其脉冲重复频率(Pulse Repetitive Frequency, PRF)的选择与方位模糊紧密相关。由于多普勒效应，SAR所收到的回波沿方位向可以等效为ー个线性调频(linear frequency modulation, LFM)信号，并且这个LFM信号是离散的,抽样频率为PRF。方位向LFM信号是被方位向的天线方向图加权的，但是天线方向图都存在着旁瓣且处于较高频段上。1999年10月哈尔滨エ业大学出版社出版、刘永坦編著的《雷达成像技木》指出，合成孔径雷达的多普勒频谱是非带限，目标回波谱是以脉冲重复频率重复的，因此主谱之外的回波信号将折叠进入主谱区，从而造成方位模糊。合成孔径雷达(SAR，SyntheticAperture Radar)安装在运动平台上,按照一定的重复频率发射、接收脉冲,形成回波信号。SAR系统的结构框图如图I所示，SAR系统包括有星上雷达系统、卫星平台及数据下传系统和地面系统三部分，对合成孔径雷达成像处理是在地面系统中完成的。地面系统通过地面接收站接收卫星平台及数据下传系统下发的回波信号，该回波信号经SAR信号处理器进行成像处理，获得SAR图像；所述SAR图像存储于备档操作系统中。2008年3rd TerraSAR-XScience Team Meeting上Gabban A. >Greidanus H. >Smith A. J. E. >Anitori L. >ThoorensF. -X. >Malorqui J. 1 白勺《Ship surveillance with terrasar-χ scansar》中^·出了 1 型的星载SAR方位模糊成像結果。理论上，星载SAR的方位模糊区有无数多个，2001年CIEInternational Conference on Radar上Zhimin Z. >Zhensong ff.发表的〈〈On suppressingazimuth ambiguities of Synthetic Aperture Radar by three filters》指出 85% 以上的模糊信号能量集中在方位向第一模糊区。其中，方位向第一模糊区包含方位向+1模糊区与-1模糊区两个区域。关于方位模糊抑制，目前主要有两种方法。1993年第31卷《IEEE Transactionson Geoscience and Remote Sensing;; Moreira A.发表的《Suppressing the AzimuthAmbiguities in Synthetic Aperture Radar Images》提出了 同相对消的方法，本方法要求产生方位模糊的源必须是点目标，并且要精确估计它的位置。2005年第43卷《IEEEiransactions on Geoscience and Remote bensmg;; Guarnieri A. M.发表的《Adaptiveremoval of azimuth ambiguities in SAR images》采用自适应维纳滤波器从成像结果中估计无模糊的成像结果，该方法要求观测场景服从复高斯过程。

发明内容
针对上述方法存在的局限性以及方位模糊能量主要来源于第一模糊区的特点，本发明对SAR原始回波在SAR信号处理器中进行处理，首先剔除方位向第一模糊区回波信号的能量，然后对残余信号进行成像处理，得到无模糊的成像结果。本发明提出的ー种对星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号的能量进行抑制处理的系统，该系统利用了第一模糊区回波信号和原始回波数据的相关性，基于最小二乗法解析出第一方位模糊区的散射系数，然后从获取的回波信号中剔除利用第一模糊区散射系数重建的回波信号，从而得到无模糊的主区回波信号。通过对典型星载SAR參数的点目标和面目标仿真和成像，证明了 本发明设计的能量抑制系统能够适用于任意的星载SAR系统。本发明的一种星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，该能量抑制系统运行在SAR信号处理器中，所述SAR信号处理器包括有回波信号排列模块(I)、主成像区空间定位模块(2)、方位向+1模糊区空间定位模块(3)、方位向+1模糊区空间离散化模块(4)、方位向+1模糊区反演和消除模糊模块(5)、方位向-I模糊区空间定位模块
(6)、方位向-I模糊区空间离散化模块(7)、方位向-I模糊区反演和消除模糊模块(8)、主成像区空间离散化模块(9)和方位向主成像区处理模块(10)；(A)在回波信号排列模块(I)中对接收到的星载回波数据排列为ー维数据
E —维回波；(B)在主成像区空间定位模块(2)中根据星载合成孔径雷达的系统參数，确定出回波数据对应的主成像区域的空间位置；(C)在方位向+1模糊区空间定位模块(3)中根据主成像区域的位置，确定出方位向+1模糊区的位置；在方位向+1模糊区空间离散化模块(4)中对方位向+1模糊区进行空间离散化，构建得到方位向第一模糊区对应的測量矩阵Φ+1 ;在方位向+1模糊区反演和消除模糊模块(5)中依据最小二乗法从测量矩阵Φ+1和ー维回波数据E 一中得到方位向+1模糊区的散射系数*然后从ー维回波数据E 一
维回波中减去方位向+1模糊区对应的回波イ目号得到残余イ目号E残余信号丨；(D)在方位向-I模糊区空间定位模块出)中根据主成像区域的位置，确定出方位向-I模糊区的位置；在方位向-I模糊区空间离散化模块(7)中对方位向-I模糊区进行空间离散化，构建得到方位向第一模糊区对应的測量矩阵のべ;在方位向-I模糊区反演和消除模糊模块(8)中依据最小二乗法从测量矩阵のィ和残余信号Esmhwか中得到方位向-I模糊区的散射系数「，然后从残余信号か中减去方位向-I模糊区对应的回波信号得到残余信号；(E)在主成像区空间离散化模块(9)中对主成像区域进行空间离散化，构建主成像区域对应的測量矩阵Φ;(F)在方位向主成像区处理模块(10)中依据最小二乗法从主成像区域对应的测量矩阵Φ和残余信号得到最終的回波成像结果Iabs。在星载合成孔径雷达方位模糊抑制处理中，应用本发明的方法具有如下优点①将回波信号由ニ维重新排列为ー维，分别构建+1方位模糊区、-I方位模糊区、主成像区域对应的观测矩阵，从回波数据中依次分离+1方位模糊区和-I方位模糊区的回波信号，然后对残余信号进行处理，显著地抑制了最终处理结果中的方位模糊能量。②与同相对消的方位模糊抑制方法相比，本发明不要求方位模糊源必须为点目标，可以为任意形状的目标，并且不需要其准确的位置信息。③与采用采用自适应维纳滤波器的方位模糊抑制技术相比，本发明对场景的统计 特性无任何特殊要求，适用于各种类型的成像区域。


图I是SAR系统框图。图2是本发明SAR信号处理器中各个模块的结构框图。图3A是方位向+1模糊区的区域简示图。图3B是主成像区的区域简示图。图3C是方位向-I模糊区的区域简示图。图3D是带有斜视角的方位模糊示意图。图4是存在方位模糊能量的成像结果三维图像；图5是采用本发明方法后的成像结果三维图像。
具体实施例方式下面将结合附图和仿真实例对本发明做进ー步的详细说明。參见图2所示，本发明提出的一种星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，该能量抑制系统运行在SAR信号处理器中，所述SAR信号处理器包括有回波信号排列模块I、主成像区空间定位模块2、方位向+1模糊区空间定位模块3、方位向+1模糊区空间离散化模块4、方位向+1模糊区反演和消除模糊模块5、方位向-I模糊区空问定位模块6、方位向-I模糊区空间离散化模块7、方位向-I模糊区反演和消除模糊模块8、主成像区空间离散化模块9和方位向主成像区处理模块10。本发明将回波信号由ニ维重新排列为ー维，分别构建+1方位模糊区、-1方位模糊区、主成像区域对应的观测矩阵，从回波数据中依次分离+1方位模糊区和-1方位模糊区的回波信号，然后对残余信号进行处理，显著地抑制了最终处理结果(回波成像)中的方位模糊能量。本发明设计的能量抑制系统中各个模块实现的功能为(一 )回波信号排列模块I在本发明中，回波信号排列模块I对接收到的星载回波数据Eニ·&排列为ー维星
载数据E—回波。在本发明中，将合成孔径雷达的星载回波数据Eニ ftΘS采用矩阵形式表示为
权利要求
1.一种星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，该能量抑制系统运行在SAR信号处理器中，其特征在于所述SAR信号处理器包括有回波信号排列模块(I)、主成像区空间定位模块(2)、方位向+1模糊区空间定位模块(3)、方位向+1模糊区空间离散化模块(4)、方位向+1模糊区反演和消除模糊模块(5)、方位向-I模糊区空间定位模块(6)、方位向-I模糊区空间离散化模块(7)、方位向-I模糊区反演和消除模糊模块(8)、主成像区空间离散化模块(9)和方位向主成像区处理模块(10)； (A)在回波信号排列模块(I)中对接收到的星载回波数据E二排列为一维数据回波5 (B)在主成像区空间定位模块(2)中根据星载合成孔径雷达的系统参数，确定出回波数据对应的主成像区域的空间位置； (C)在方位向+1模糊区空间定位模块(3)中根据主成像区域的位置，确定出方位向+1模糊区的位置； 在方位向+1模糊区空间离散化模块(4)中对方位向+1模糊区进行空间离散化，构建得到方位向第一模糊区对应的测量矩阵0+1 ； 在方位向+1模糊区反演和消除模糊模块(5)中依据最小二乘法从测量矩阵Oh和一维回波数据Eyft0s中得到方位向+1模糊区的散射系数，然后从一维回波数据Eyft0s中减去方位向+1模糊区对应的回波信号得到残余信号； (D)在方位向-I模糊区空间定位模块(6)中根据主成像区域的位置，确定出方位向-I模糊区的位置； 在方位向-I模糊区空间离散化模块(7)中对方位向-I模糊区进行空间离散化，构建得到方位向第一模糊区对应的测量矩阵； 在方位向-I模糊区反演和消除模糊模块(8)中依据最小二乘法从测量矩阵和残余信号中得到方位向-I*然后从残余信号中减去方位向-I模糊区对应的回波信号得到残余信号； (E)在主成像区空间离散化模块(9)中对主成像区域进行空间离散化，构建主成像区域对应的测量矩阵小； (F)在方位向主成像区处理模块(10)中依据最小二乘法从主成像区域对应的测量矩阵小和残余信号得到最终的回波成像结果Iabs。
2.根据权利要求I所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于将合成孔径雷达的星载回波数据
3.根据权利要求I所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于 (A)所述星载回波数据对应的主成像区域的空间位置，采用坐标表达为主成像区域的左上角坐标记为AA(P^ P±)、主成像区域的右上角坐标记为BB (P^ P±)、主成像区域的左下角坐标记为CC (P^ P’)、主成像区域的右下角坐标记为DD(P右，Pt);其中P±表示主成像区域的空间位置的最高点坐标，且F±=H Iim + (欢—Tp X Fs) X-^- ; P下表示主成像区域的空间位置的最低点坐标，且
4.根据权利要求I或3所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于采用网格剖分对方位向+1模糊区进行空间离散化的步骤有 步骤401 :采用网格剖分进行方位向+1模糊区的域划分处理，将所述方位向+1模糊区划分为
5.根据权利要求I或3所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于采用网格剖分对方位向-I模糊区进行空间离散化步骤有 步骤701 :采用网格剖分进行方位向-I模糊区的域划分处理，将所述方位向-I模糊区划分为/；V, x 1}；,个网格； 步骤702:方位向-I模糊区的方位向网格点/u与距离向网格点' 的网格中心坐标记 为
6.根据权利要求I所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于采用网格剖分对主成像区域进行空间离散化步骤有 步骤901 :采用网格剖分进行主成像区的域划分处理，将所述主成像区域划分为位XD距离个网格； 步骤902 :方位向-I模糊区的方位向网格点/ 与距离向网格点必的网格中心坐标记 步骤903 :在卫星平台飞行的任意时刻tk下对网格中心坐标Wfw进行斜距计算，该斜距
7.根据权利要求I所述的星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，其特征在于依据最小二乘法E—(ctHX Ctr1X算得到主成像区域散射系数一维表不E；所述主成像区域散射系数一维I量
全文摘要
本发明公开了一种星载合成孔径雷达方位向第一模糊区回波信号能量抑制系统，该能量抑制系统运行在SAR信号处理器中；本发明对SAR原始回波在SAR信号处理器中进行处理，首先剔除方位向第一模糊区回波信号的能量，然后对残余信号进行成像处理，得到无模糊的成像结果。该系统利用了第一模糊区回波信号和原始回波数据的相关性，基于最小二乘法解析出第一方位模糊区的散射系数，然后从获取的回波信号中剔除利用第一模糊区散射系数重建的回波信号，从而得到无模糊的主区回波信号。通过对典型星载SAR参数的点目标和面目标仿真和成像，证明了本发明设计的能量抑制系统能够适用于任意的星载SAR系统。
文档编号G01S7/41GK102680956SQ201210149529
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者于泽, 刘敏 申请人:北京航空航天大学