一种机载阵列天线下视三维成像方法技术

本发明专利技术公开了一种机载阵列天线下视三维成像方法。本发明专利技术的机载阵列天线下视三维成像方法，包括：接收观测场景的回波信号，对回波信号预处理，获得中频信号；对中频信号沿高程向进行第一处理，获得第一处理信号；对第一处理信号沿航迹向进行第二处理，获得第二处理信号；对第二处理信号沿跨航向进行第三处理，获得第三处理信号；取第三处理信号信号的幅度值，获得观测场景的三维图像。本本发明专利技术的机载阵列天线下视三维成像方法，通过对回波信号依次进行高程向、航迹向和跨航向上的频域操作处理，最终得到三维图像，能够提高成像效率和成像效果。

【技术实现步骤摘要】
一种机载阵列天线下视三维成像方法
本专利技术涉及微波成像技术对地观测
，尤其涉及一种机载阵列天线下视三维成像方法。
技术介绍
合成孔径雷达三维成像(英文全称：Three-DimensionalSyntheticApertureRadarImaging，英文缩写：3D-SAR)是在常规SAR二维成像基础上发展起来的一种新型微波成像技术。3D-SAR系统不仅可以实现常规SAR系统对观测对象的二维高分辨率成像和高程测量功能，而且还能实现对观测对象的三维分辨成像以及获取观测对象散射中心的三维分布信息功能，从而拓展现有SAR系统的性能和应用领域。现有的机载阵列天线下视三维成像方法一般采用利用空域算法的3D-SAR方法，在成像过程中需要经过多次插值重采样来达到三维极坐标与三维直角坐标的转换，成像过程复杂，数据处理的计算量较大，成像效率较低。并且由于现有的成像分辨率较低，因此使得成像效果较差。另外，由于其使用的发射信号和回波信号为线性调频信号，该信号需要较高的采样频率，使得采样的工作标准较高，导致3D-SAR系统的成本较高。因此，针对现有的3D-SAR方法的成像效率低、效果差以及成本高的问题，需要提供一种能够降低成本并且具有高成像效果的机载阵列天线下视三维成像方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种机载阵列天线下视三维成像方法，通过对回波信号依次进行高程向、航迹向和跨航向上的频域操作处理，最终得到三维图像，能够提高成像效率和成像效果。为实现上述目的，本专利技术提供了一种机载阵列天线下视三维成像方法，包括：S1、接收观测场景的回波信号Sre(t)，对回波信号Sre(t)预处理，获得中频信号Sre(t,η,ξ)；S2、对中频信号Sre(t,η,ξ)沿高程向进行第一处理，获得第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)；S3、对第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)沿航迹向进行第二处理，获得第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)；S4、对第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)沿跨行向进行第三处理，获得第三处理信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)；S5、取第三处理信号信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)的幅度值，获得观测场景的三维图像S(t,η,ξ)；其中，t为所述回波信号的高程向时间，η为所述回波信号的航迹向时间，ξ为所述回波信号的跨行向时间，r为接收所述回波信号的起始和终止时刻对应的观测场景距离。进一步地，步骤S1中，预处理的方法为：对回波信号Sre(t)和产生回波信号的发射信号Str(t)进行混频处理，获得中频信号Sre(t,η,ξ)。进一步地，步骤S2中，第一处理的方法包括：S21、对中频信号Sre(t,η,ξ)沿高程向进行逆傅里叶变换，获得高程向压缩信号Sarc_h(t,η,ξ)；S22、对高程向压缩信号Sarc_h(t,η,ξ)进行去斜、剩余视频相位补偿处理，获得第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)。进一步地，步骤S3中，第二处理的方法包括：S31、对第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)沿航迹向进行傅里叶变换，获得航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)；S32、对航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)沿航迹向进行距离徙动校正处理，获得航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)；S33、对航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)进行匹配滤波处理，获得航迹向频域匹配信号SFFT_η(t,fη,ξ)；S34、对航迹向频域匹配信号SFFT_η(t,fη,ξ)沿航迹向进行逆傅里叶变换，获得第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)；其中，fη为航迹向频率。进一步地，沿航迹向进行距离徙动校正处理的方法包括：S321、将航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)与卷积核h(t)做卷积运算，获得航迹向插值信号Stemp(t,fη,ξ)；S322、对航迹向插值信号Stemp(t,fη,ξ)进行平移处理，获得航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)；其中，卷积核进一步地，对航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)进行匹配滤波处理的方法为：将航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)与航迹向频域匹配滤波器H(fη)相乘，获得航迹向频域匹配信号SFFT_η(t,fη,ξ)；其中，航迹向频域匹配滤波器其中，Vr为探测所述观测场景的雷达平台的运行速度，R0为所述雷达平台的天线阵元到所述观测场景的最近斜率。进一步地，步骤S4中，第三处理的方法包括：S41、对第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)沿跨行向进行逆傅里叶变换，获得跨航向频域信号SFFT_arc_ξ(t,η,fξ)；S42、对跨航向频域信号SFFT_arc_ξ(t,η,fξ)沿跨航向进行距离徙动校正处理，获得跨航向校正信号SFFT_RCMC_ξ(t,η,fξ)；S43、对跨航向校正信号SFFT_RCMC_ξ(t,η,fξ)进行匹配滤波处理，获得跨航向频域匹配信号SFFT_ξ(t,η,fξ)；S44、对跨航向频域匹配信号SFFT_ξ(t,η,fξ)沿跨航向进行逆傅里叶变换，获得第三处理信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)；其中，fξ为跨航向频率。进一步地，对跨航向频域信号SFFT_arc_ξ(t,η,fξ)沿跨航向进行距离徙动校正处理的方法包括：S421、将跨航向频域信号SFFT_arc_ξ(t,η,fξ)与卷积核h(t)做卷积运算，获得跨航向插值信号Stemp(t,η,fξ)；S422、将跨航向插值信号Stemp(t,η,fξ)进行平移处理，获得跨航向校正信号SFFT_RCMC_ξ(t,η,fξ)。进一步地，对跨航向校正信号SFFT_RCMC_ξ(t,η,fξ)进行匹配滤波处理的方法为：将跨航向校正信号SFFT_RCMC_ξ(t,η,fξ)与跨航向频域匹配滤波器H(fξ)相乘，获得跨航向频域匹配信号SFFT_ξ(t,η,fξ)；其中，跨航向频域匹配滤波器其中，Vξ为跨航向阵列天线中阵元的切换速度，R0为雷达平台的天线阵元到观测场景的最近斜距。进一步地，回波信号Sre(t)为FMCW信号。本专利技术的机载阵列天线下视三维成像方法，将接收到的观测场景的回波信号进行预处理后，再依次进行沿高程向的第一处理、沿航迹向的第二处理和沿跨行向的第三处理后，取处理后的信号的幅度值，即可获得观测场景的三维图像。因此，本专利技术的机载阵列天线下视三维成像方法能够根据高程向、航迹向和跨航向上的大尺度时间差异，依次对高程向、航迹向和跨航向每一个维度进行分离处理，以使计算方法更加简单，简化处理步骤，减小数据处理的计算量，从而提高成像效率和成像效果。附图说明图1为阵列天线下视三维RD成像几何模型和参数表征图；图2为本专利技术的机载阵列天线下视三维成像方法的流程图。具体实施方式下面，结合附图，对本专利技术的结构以及工作原理等作进一步的说明。如图1中所示，观测场景中的目标Pn的位置坐标为(xn,yn,hn)，阵列天线下视成像等效采样点Pξ,η的位置坐标为(xξ,yη,h)，目标散射系数可以表示为δn(xn,yn,hn)，发射信号Str(t)为：其中，xn为目标Pn的跨航向坐标，yn为目标Pn的航迹向坐标，hn为目标Pn的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，包括：S1、接收观测场景的回波信号Sre(t)，对所述回波信号Sre(t)预处理，获得中频信号Sre(t,η,ξ)；S2、对所述中频信号Sre(t,η,ξ)沿高程向进行第一处理，获得第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)；S3、对所述第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)沿航迹向进行第二处理，获得第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)；S4、对所述第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)沿跨行向进行第三处理，获得第三处理信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)；S5、取所述第三处理信号信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)的幅度值，获得所述观测场景的三维图像S(t,η,ξ)；其中，t为所述回波信号的高程向时间，η为所述回波信号的航迹向时间，ξ为所述回波信号的跨行向时间，r为接收所述回波信号的起始和终止时刻对应的观测场景距离。

【技术特征摘要】
1.一种机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，包括：S1、接收观测场景的回波信号Sre(t)，对所述回波信号Sre(t)预处理，获得中频信号Sre(t,η,ξ)；S2、对所述中频信号Sre(t,η,ξ)沿高程向进行第一处理，获得第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)；S3、对所述第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)沿航迹向进行第二处理，获得第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)；S4、对所述第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)沿跨行向进行第三处理，获得第三处理信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)；S5、取所述第三处理信号信号Sarc_hηξ(t,η,ξ)的幅度值，获得所述观测场景的三维图像S(t,η,ξ)；其中，t为所述回波信号的高程向时间，η为所述回波信号的航迹向时间，ξ为所述回波信号的跨行向时间，r为接收所述回波信号的起始和终止时刻对应的观测场景距离。2.如权利要求1所述的机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预处理的方法为：对所述回波信号Sre(t)和产生所述回波信号的发射信号Str(t)进行混频处理，获得所述中频信号Sre(t,η,ξ)。3.如权利要求1所述的机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第一处理的方法包括：S21、对所述中频信号Sre(t,η,ξ)沿高程向进行逆傅里叶变换，获得高程向压缩信号Sarc_h(t,η,ξ)；S22、对所述高程向压缩信号Sarc_h(t,η,ξ)进行去斜、剩余视频相位补偿处理，获得所述第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)。4.如权利要求1所述的机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述第二处理的方法包括：S31、对所述第一处理信号SIFT_RVP(r,η,ξ)沿航迹向进行傅里叶变换，获得航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)；S32、对所述航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)沿航迹向进行距离徙动校正处理，获得航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)；S33、对所述航迹向校正信号SFT_RCMC_η(t,fη,ξ)进行匹配滤波处理，获得航迹向频域匹配信号SFFT_η(t,fη,ξ)；S34、对所述航迹向频域匹配信号SFFT_η(t,fη,ξ)沿航迹向进行逆傅里叶变换，获得所述第二处理信号Sarc_hη(t,η,ξ)；其中，fη为航迹向频率。5.如权利要求4所述的机载阵列天线下视三维成像方法，其特征在于，所述沿航迹向进行距离徙动校正处理的方法包括：S321、将所述航迹向频域信号SFT_re_arc(t,fη,ξ)与卷积核h(t)做卷积运算，获得航迹向插...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄平平，朱雨露，谭维贤，乞耀龙，张振华，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15