高分辨率条带SAR成像制造技术

本发明专利技术涉及一种SAR成像方法，该SAR成像方法包括：借助于合成孔径雷达(20)来对地球表面的区域执行条带模式下的N个SAR采集，该合成孔径雷达(20)通过空中平台或卫星平台来输送并且包括单个非分区天线和耦合至所述单个非分区天线的单个接收器，N为大于一的整数。使用相对于合成孔径雷达(20)的天底的同一预定俯仰角来执行条带模式下的所有N个SAR采集，使得条带模式下的所述N个SAR采集均与地球表面的同一特定测绘带有关。使用相对于合成孔径雷达(20)的飞行方向的相应偏离角来执行条带模式下的每个SAR采集，所述相应偏离角与用于执行条带模式下的其他N-1个SAR采集的偏离角不同。所执行的条带模式下的每个SAR采集包括相应雷达发送和接收操作，该相应雷达发送和接收操作单独地或成组地与所执行的条带模式下的其他N-1个SAR采集的单个雷达发送和接收操作或成组的雷达发送和接收操作在时间上交错，并且包括：在由预定俯仰角和用于所述条带模式下的SAR采集的相应偏离角所定义的相应采集方向上发送和接收相应雷达波束，从而导致所述相应采集方向彼此平行并且不与所执行的条带模式下的其他N-1个SAR采集的采集方向平行。在两个紧接连续的时刻所执行的并且与条带模式下的两个不同的SAR采集相关的两次雷达发送和接收操作中所发送和接收的雷达波束沿着方位连续，从而相对于经由所执行的条带模式下的N个SAR采集中的任一个SAR采集能够获得的合并时间增加了合并时间。该方法还包括：基于所执行的条带模式下的所有N个SAR采集来生成特定测绘带的区域的SAR图像，所述SAR图像具有相对于标称条带方位分辨率增强了高达N倍的方位分辨率，该标称条带方位分辨率等于合成孔径雷达(20)的单个非分区天线的沿着方位方向的物理长度或等效长度的一半。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高分辨率条带SAR成像
本专利技术总体上涉及借助于合成孔径雷达(SAR)的远程感测，具体地，涉及用于高分辨率条带SAR成像的创新方法。
技术介绍
在图1中示出了用于生成地球表面的SAR图像的典型参考几何。对此，希望强调下述事实：在图1中(以及也在下文中将呈现和描述的后续图中)，仅仅为了图示和描述的方便和简洁而并不丧失一般性，地球表面被(以及将被)示为“平坦的”。具体地，图1示意性地示出了在假定为基本上恒定的高度h处(相对于地球表面)沿着飞行方向d移动的合成孔径雷达(为了描述的简洁，下文中称为SAR传感器)10。如已知的，沿着通过所述SAR传感器10(具体地，其通过SAR传感器10的天线的相位中心)并且与地球表面和飞行方向d正交的天底方向z来测量SAR传感器10的高度h。方便地，通过空中/空间平台(为了简化图示，未在图1中示出)(诸如，例如飞行器或无人驾驶飞行器(UAV)或卫星)沿航程/轨道来输送SAR传感器10。飞行方向d的地面轨迹识别方位方向x，该方位方向x与所述飞行方向d平行并且与天底方向z正交，而与天底方向z和方位方向x正交的交叉跟踪方向y与方位方向x一起标识与地球表面相切的x-y平面。在使用中，借助于适当的天线(为了简化图示而未在图1中示出)，SAR传感器10在采集方向sr上发送雷达脉冲并且接收相关联的反向散射信号，该采集方向sr标识倾斜范围并且与天底方向z形成俯仰角(elevationangle)θ以及与飞行方向d(或者等同地，与方位方向x)形成偏离角(squintangle)该偏离角在图1所示的采集几何中等于90°。具体地，在图1所示的SAR采集几何与所谓的条带模式有关，在条带模式下，SAR传感器10利用雷达脉冲来照射称为测绘带(swath)的地球表面的条带，然后从其接收相关联的反向散射信号，所述测绘带原则上与方位方向x平行地延伸并且具有沿着交叉跟踪方向y的给定宽度W。为了更加清楚，图2示出了在x-y平面内的条带模式下的SAR采集的几何，其中，可以观察偏离角如何全都相同(特别地，在图2所示的示例中，偏离角均是直角)。SAR技术可以被视为成熟的技术；实际上，当前存在无数的描述SAR技术的特性和潜能的文章、手册、专利和专利申请；在这点上，可以参考下述文献：·JosefMittermayer等人的题为“BidirectionaLSARImagingMode”的文章，IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing，第51卷，第1号，2013年1月1日，601页至614页，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref1并且描述了用于创建双向SAR图像的模式；·德国专利申请DE10319063A1，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref2并且涉及具有用于生成多个SAR波束的多个天线元件的SAR天线方法和系统；·A.Currie等人的题为“Wide-swathSAR”的文章，IEEProceedingsofRadarandSignaLProcessing，第139卷，第2号，1992年4月1日，122页至135页，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref3并且描述了用于加宽经由SAR可观测的测绘带的各种方法；·Krieger等人的题为“AdvancedConceptsforHigh-ResolutionWide-SwathSARImaging”的文章，8thEuropeanConferenceonSyntheticApertureRadar，2010年6月7日，524页至527页，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref4并且提出了与用于创建高分辨率宽测绘带SAR图像的多通道SAR系统有关的各种概念；·J.C.CurLander和R.N.McDonough的题为“SyntheticApertureRadar：SystemsandSignalProcessing”的书，WiLeySeriesinRemoteSensing，WiLey-Interscience，1991，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref5并且是关于SAR系统的手册；以及·G.Franceschetti和R.Lanari的题为“SyntheticApertureRADARProcessing”的书，CRCPress，1999年3月，其在下文中为了简明描述而将被称为Ref6并且是关于SAR系统的另一技术手册。众所周知，条带模式下的SAR采集的方位分辨率是角孔径(或者角度差-Δ角度)的函数，由SAR传感器利用该角孔径来观测目标；或者，等同地，方位分辨率也可以被看作与SAR传感器的速度相关的时间差(Δ时间)的函数，利用该时间差来观测目标。特别地，可以通过以下等式来表示方位分辨率(对于进一步的详情，请参考Ref3，Ref5和Ref6)：其中，res表示方位分辨率，λ表示由SAR传感器使用的波长，并且delta_angle表示角孔径(或角度差-Δ角度)，SAR传感器利用该角孔径来观测目标。将角度假设为天线的3dB孔径(单向)(＝0.8886λ/L，其中L表示沿着SAR传感器的天线的方位方向的物理长度或等效长度)，可以得到通常与针对条带模式的方位分辨率相关联的约束，其等于L/2(对于进一步的详情，请参考Ref3，Ref5和Ref6)。当前，非常宽的天线波束用于提高方位分辨率，这些是通过使用小尺寸或照射下的天线或者利用幅度和/或相位调制以例如减小等效尺寸来实现，或者通过使用所谓的聚束模式来实现，在图3中示意性地示出该聚束模式的采集逻辑。具体地，如图3所示，在聚束模式下的SAR采集逻辑设想了在SAR传感器10的飞行运动期间使用对天线波束的连续或准连续操纵(steering)，以利用雷达脉冲来照射相同的关注区域、然后从该关注区域接收相关联的反向散射信号，以此方式，增大了SAR传感器10在所述关注区域上的持续时间并因此提高了方位分辨率。以上所述的两种用于提高方位分辨率的方法均受一些缺陷的影响。特别地，非常宽的天线波束的使用需要使用非常高的发送功率，而聚束模式引入了对测绘带的方位长度的限制。如在文献中表明的那样，存在对操作模式的参数进行关联的数学关系。特别地，方位采样要求将发送/接收脉冲重复频率(PRF)与波束的尺寸和SAR传感器的速度关联(对于进一步的详情，请参考Ref3，Ref5和Ref6)：其中，α是取决于期望模糊度的参数，v表示SAR传感器的速度并且L表示沿着SAR传感器的天线的方位方向的物理长度或等效长度。PRF的值限制了测量区域(测绘带)在范围上的扩展(对于进一步的详情，请参考Ref3，Ref5和Ref6)：其中，ΔR表示测量区域(测绘带)在范围上的扩展，τ表示所发送的脉冲的时间间隔(或持续时间)，并且c表示光的速度。为了最大程度地利用SAR系统的性能，除条带模式和聚束模式之外，在使用SAR传感器的数年内已提出了各种其他技术，其可以分成三种主要模式：·突发模式；·空分模式；以及·角分模式。主要的突发模式是ScanSAR模式，其将时间分成同步突发(即，具有规则速率)。在每个突发内以使得正确地对方位频谱进行采样(对于进一步的详情，请参考Ref3，Ref5和Ref6)的方式、但针对更短的时间(并且因而更小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SAR成像方法，包括：借助于合成孔径雷达(20)对地球表面的区域执行条带模式下的N个SAR采集，所述合成孔径雷达(20)通过空中平台或卫星平台来输送，并且所述合成孔径雷达(20)包括单个非分区天线和耦合至所述单个非分区天线的单个接收器，N为大于一的整数；其中，使用相对于所述合成孔径雷达(20)的天底的同一预定俯仰角来执行条带模式下的所有N个SAR采集，使得所述条带模式下的N个SAR采集均与地球表面的同一特定测绘带有关；其中，使用相对于所述合成孔径雷达(20)的飞行方向的相应偏离角来执行条带模式下的每个SAR采集，所述相应偏离角与用于执行条带模式下的其他N‑1个SAR采集的偏离角不同；其中，所执行的条带模式下的每个SAR采集包括下述的相应雷达发送和接收操作：·所述相应雷达发送和接收操作单独地或成组地与所执行的条带模式下的其他N‑1个SAR采集的单个雷达发送和接收操作或成组的雷达发送和接收操作在时间上交错；以及·所述相应雷达发送和接收操作包括：在由所述预定俯仰角和用于所述条带模式下的SAR采集的相应偏离角定义的相应采集方向上发送和接收相应雷达波束，从而导致所述相应采集方向彼此平行并且不与所执行的条带模式下的其他N‑1个SAR采集的采集方向平行；并且其中，在两个紧接连续的时刻所执行的并且与条带模式下的两个不同的SAR采集相关的两次雷达发送和接收操作中所发送和接收的雷达波束沿着方位连续，从而相对于经由所执行的条带模式下的N个SAR采集中的任一个SAR采集能够获得的合并时间增加了合并时间；所述方法还包括：基于所执行的条带模式下的所有N个SAR采集来生成所述特定测绘带的区域的SAR图像，所述SAR图像具有相对于标称条带方位分辨率增强了高达N倍的方位分辨率，所述标称条带方位分辨率等于所述合成孔径雷达(20)的所述单个非分区天线的沿着所述方位方向的物理长度或等效长度的一半。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.08 IT TO2013A0001081.一种SAR成像方法，包括：借助于合成孔径雷达(20)来对地球表面的区域执行条带模式下的N个SAR采集，所述合成孔径雷达(20)通过空中平台或卫星平台来输送，并且所述合成孔径雷达(20)包括单个非分区天线和耦合至所述单个非分区天线的单个接收器，N为大于一的整数；其中，所述合成孔径雷达(20)的所述单个非分区天线与标称脉冲重复频率相关联；其中，使用相对于所述合成孔径雷达(20)的天底的同一预定俯仰角来执行条带模式下的所有N个SAR采集，使得所述条带模式下的N个SAR采集均与地球表面的同一特定测绘带有关；其中，使用相对于所述合成孔径雷达(20)的飞行方向的相应偏离角来执行条带模式下的每个SAR采集，所述相应偏离角与用于执行条带模式下的其他N-1个SAR采集的偏离角不同；其中，所执行的条带模式下的每个SAR采集包括下述的相应雷达发送和接收操作：·所述相应雷达发送和接收操作单独地或成组地与所执行的条带模式下的其他N-1个SAR采集的单个雷达发送和接收操作或成组的雷达发送和接收操作在时间上交错；以及·所述相应雷达发送和接收操作包括：在由所述预定俯仰角和用于所述条带模式下的SAR采集的相应偏离角定义的相应采集方向上发送和接收相应雷达波束，从而导致所述相应采集方向彼此平行并且不与所执行的条带模式下的其他N-1个SAR采集的采集方向平行；并且；其中，在两个紧接连续的时刻所执行的并且与条带模式下的两个不同的SAR采集相关的两次雷达发送和接收操作中所发送和接收的雷达波束沿着方位连续，从而相对于经由所执行的条带模式下的N个SAR采集中的任一个SAR采集能够获得的合并时间增加了合并时间；并且其中，所述雷达发送和接收操作通过以下操作来执行：·使用比所述标称脉冲重复频率大N倍的操作重复频率；或者·不增大操作重复频率的情况下改变在脉冲重复间隔块中所使用的偏离角；所述方法还包括：基于所执行的条带模式下的所有N个SAR采集来生成所述特定测绘带的区域的SAR图像，所述SAR图像具有相对于标称条带方位分辨率增强了高达N倍的方位分辨率，所述标称条带方位分辨率等于所述合成孔径雷达(20)的所述单个非分区天线的沿着所述方位方向的物理长度或等效长度的一半。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所执行的条带模式下的每个SAR采集的所述相应雷达发送和接收操作单独地与所执行的条带模式下的其他N-1个SAR采集的单个雷达发送和接收操作在...

【专利技术属性】
技术研发人员：迭戈·卡拉布雷塞，
申请(专利权)人：泰雷兹阿莱尼亚宇航意大利单一股东有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT