基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其主要思路为：确定合成孔径雷达包含M个通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后计算M个通道各自的等效相位中心间距，进而计算二维频域目标回波信号S(fr,fb)，根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be；根据S(fr,fb)和Be，计算合成孔径雷达的方位向通道误差Γa和合成孔径雷达的方位向通道误差估计值并利用对S(fr,fb)进行误差校正，计算通道误差校正后的目标回波信号并进行解模糊处理，计算解模糊处理后的目标回波信号后进行成像处理，计算目标回波信号的合成孔径雷达成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合成孔径雷达信号处理
，特别涉及一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，适用于校正方位多通道合成孔径雷达各个通道之间的误差，尤其适用于回波信号模糊分量个数未知或者随基带频率变化时对方位多通道合成孔径雷达各个通道之间的误差校正。
技术介绍
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像技术具有全天时、全天候工作的特点，并在航空、航天遥感领域有着广泛应用；人们总是希望SAR雷达成像的分辨率要高，并且距离测绘带要宽，然而对于传统的单通道SAR雷达来说，由于受到最小天线面积限制，方位高分辨和距离宽测绘带是一组难以调和的矛盾。为了解决这一矛盾，人们设计出了方位多通道SAR雷达，该方位多通道SAR雷达比传统的单通道SAR雷达具有更多的自由度，以空间采样来弥补时间采样，突破了最小天线面积限制；再加上方位多通道SAR雷达在宽测绘带高分辨成像方面的优异性能，使得方位多通道SAR雷达受到越来越多地关注。然而，多通道SAR雷达成像需要联合处理所有通道的回波信号，这对各个通道之间的一致性要求非常高，并且通道之间的误差会严重影响SAR雷达成像结果。在实际中，各个通道之间难以做到完全一致；为了对通道之间的误差进行校正，Li.z.等提出了基于子空间的校正方法，该基于子空间的校正方法将各个通道的回波信号变换到方位频域后构造协方差矩阵，并对协方差矩阵进行特征值分解，获得模糊分量的个数，然后根据模糊分量的个数进行子空间划分，进而构造代价函数，估计并补偿通道误差，最后进行解模糊和SAR雷达成像处理；该种基于子空间的校正方法利用噪声子空间和信号子空间的正交性估计通道误差，并假定模糊分量个数精确已知且不会随着基带频率变化，然后依据模糊分量个数划分信号子空间和噪声子空间。在实际应用中，模糊分量的个数往往随基带频率变化，同时也很难事先精确获取模糊分量个数变化情况；当模糊分量个数不准确时，噪声子空间和信号子空间的划分都会出现误差，进而影响噪声子空间和信号子空间之间的正交性，导致估计得到的通道误差不准确甚至失效。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，该种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法利用合成孔径雷达包含的多个通道计算估计合成孔径雷达的有效多普勒带宽，然后依据有效多普勒带宽计算合成孔径雷达的通道误差和合成孔径雷达的通道误差估计值，进而计算计算得到目标回波信号的SAR雷达成像。为达到上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定合成孔径雷达包含M个通道，且将第一个通道作为参考通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后对M个通道接收到的目标回波信号分别依次进行解调和等效相位中心处理，得到经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号；所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并计算M个通道各自的等效相位中心间距；M为自然数；步骤2，对经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号；步骤3，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号S(fr,fb)；其中，fb表示基带频率，fr表示距离频率；步骤4，根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be；步骤5，根据二维频域目标回波信号S(fr,fb)和合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be，计算合成孔径雷达的方位向通道误差Γa和合成孔径雷达的方位向通道误差估计值步骤6，利用合成孔径雷达的方位向通道误差估计值对二维频域目标回波信号S(fr,fb)进行误差校正，计算得到通道误差校正后的目标回波信号步骤7，对通道误差校正后的目标回波信号进行解模糊处理，计算得到解模糊处理后的目标回波信号；步骤8，对解模糊处理后的目标回波信号进行成像处理，计算得到目标回波信号的合成孔径雷达成像。本专利技术与现有方法相比，具有以下优点：本专利技术的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法通过估计有效多普勒带宽计算模糊分量的个数和编号，进而划分信号子空间和噪声子空间并计算合成孔径雷达的通道误差；相对于现有的基于子空间的校正方法，本专利技术方法不需要事先知道模糊分量的个数，能够有效避免模糊分量个数变化对误差估计的影响。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法流程图；图2为本专利技术方法使用的多通道合成孔径雷达的工作几何图；图3(a)为使用基于子空间的通道误差校正方法得到的成像结果示意图；纵向为方位采样，横向为距离采样，其中编号为1的黑色圈、编号为2的黑色圈、编号为3的黑色圈、编号为4的黑色圈和编号为5的黑色圈分别为选择计算模糊信号比的强点；图3(b)为使用本专利技术方法得到的成像结果示意图，纵向为方位采样，横向为距离采样，横向为距离采样，其中编号为1的黑色圈、编号为2的黑色圈、编号为3的黑色圈、编号为4的黑色圈和编号为5的黑色圈分别为选择计算模糊信号比的强点。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法流程图；所述基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定合成孔径雷达包含M个通道，且将第一个通道作为参考通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后对M个通道接收到的目标回波信号分别依次进行解调和等效相位中心处理，得到经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号。所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并计算M个通道各自的等效相位中心间距；M为自然数。具体地，所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并令参考通道的等效相位中心为0；将参考通道的等效相位中心设为0是为了表示出其余M-1个通道各自的等效相位中心的相对位置。M个通道沿着方位向等间隔排列，采样时刻M-1个通道各自的等效相位中心间距相同，分别为即dm'表示第m'个通道与第m'-1个通道的等效相位中心的间距，dM表示时刻参考通道和tm'时刻第M个通道的等效相位中心的间距，且PRF表示脉冲重复频率，v表示合成孔径雷达的速度，Da表示合成孔径雷达天线方位向的长度，下标a表示方位向。步骤2，对经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号。步骤3，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号S(fr,fb)；其中，fb表示基带频率，fr表示距离频率。具体地，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，即将距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号变换到二维频域，得到二维频域目标回波信号S(fr,fb)，其表达式为：S(fr,fb)＝Γa(fb)×A(fb)×Sref(fr,fb)+N(fb)其中，fb表示基带频率，其范围基带频率fb的个数取决本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定合成孔径雷达包含M个通道，且将第一个通道作为参考通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后对M个通道接收到的目标回波信号分别依次进行解调和等效相位中心处理，得到经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号；所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并计算M个通道各自的等效相位中心间距；M为自然数；步骤2，对经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号；步骤3，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号S(fr,fb)；其中，fb表示基带频率，fr表示距离频率；步骤4，根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be；步骤5，根据二维频域目标回波信号S(fr,fb)和合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be，计算合成孔径雷达的方位向通道误差Γa和合成孔径雷达的方位向通道误差估计值步骤6，利用合成孔径雷达的方位向通道误差估计值对二维频域目标回波信号S(fr,fb)进行误差校正，计算得到通道误差校正后的目标回波信号步骤7，对通道误差校正后的目标回波信号进行解模糊处理，计算得到解模糊处理后的目标回波信号；步骤8，对解模糊处理后的目标回波信号进行成像处理，计算得到目标回波信号的合成孔径雷达成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定合成孔径雷达包含M个通道，且将第一个通道作为参考通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后对M个通道接收到的目标回波信号分别依次进行解调和等效相位中心处理，得到经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号；所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并计算M个通道各自的等效相位中心间距；M为自然数；步骤2，对经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号；步骤3，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号S(fr,fb)；其中，fb表示基带频率，fr表示距离频率；步骤4，根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be；步骤5，根据二维频域目标回波信号S(fr,fb)和合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be，计算合成孔径雷达的方位向通道误差Γa和合成孔径雷达的方位向通道误差估计值步骤6，利用合成孔径雷达的方位向通道误差估计值对二维频域目标回波信号S(fr,fb)进行误差校正，计算得到通道误差校正后的目标回波信号步骤7，对通道误差校正后的目标回波信号进行解模糊处理，计算得到解模糊处理后的目标回波信号；步骤8，对解模糊处理后的目标回波信号进行成像处理，计算得到目标回波信号的合成孔径雷达成像。2.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述M个通道各自的等效相位中心间距，具体为：参考通道的等效相位中心为0，采样时刻M-1个通道各自的等效相位中心间距相同，分别为即dm'表示第m'个通道与第m'-1个通道的等效相位中心的间距，dM表示时刻参考通道和tm'时刻第M个通道的等效相位中心的间距，且PRF表示脉冲重复频率，v表示合成孔径雷达的速度，Da表示合成孔径雷达天线方位向的长度，下标a表示方位向。3.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤3中，所述二维频域目标回波信号S(fr,fb)其表达式为：S(fr,fb)＝Γa(fb)×A(fb)×Sref(fr,fb)+N(fb)其中，fb表示基带频率，其范围基带频率fb的个数取决于合成孔径雷达方位向的采样个数N，PRF表示脉冲重复频率；fr表示距离频率，下标r表示距离向，Sref(fr,fb)表示参考通道的数据矩阵，N(fb)表示噪声；Γa(fb)表示其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵，下标a表示方位向，A(fb)表示设定的阵列流型，且ai表示编号为i的模糊分量的导向矢量，i表示模糊分量的编号，Imin≤i≤Imax，Imin表示模糊分量的最小编号，Imax表示模糊分量的最大编号；所述ai表示编号为i的模糊分量的导向矢量，其表达式为： a i = exp [ j 2 π x 1 v ( f b + i × P R F ) ] . . . exp [ j 2 π x m v ( f b + i × P R F ) ] . . . exp [ j 2 π x M v ( f b + i × P R F ) ] ]]>其中，fb表示基带频率，PRF表示脉冲重复频率，xm表示第m个通道和参考通道的等效相位中心之间的距离，m表示第m个通道的编号，1≤m≤M，M表示合成孔径雷达包含的通道个数，v表示合成孔径雷达的速度，exp(·)表示指数运算，表示虚数单位，π为圆周率；所述Γa(fb)表示其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵，其表达式为：其中，所述其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵为对角阵，pm(fb)表示第m通道相对于参考通道在方位向上的误差值。4.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤4中，所述合成孔径雷达的有效多普勒带宽Be，其计算过程为：4a)根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的等效采样间隔de，其表达式为： d e = 1 M [ ( Σ m ′ = 1 M - 1 d m ′ ) + d M ] ]]>其中，M表示合成孔径雷达包含的通道个数，1≤m'≤M-1，dm'表...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光才，左绍山，邢孟道，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61