一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法技术

本发明专利技术公开一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，通过在GEO‑SA‑BiSAR系统的接收站使用多通道接收技术，在低脉冲重复频率的情况下增加方位向的采样点，再在信号处理阶段利用通道间的差异性抑制掉频谱中的模糊部分，以此获得无模糊的回波频谱。

【技术实现步骤摘要】
一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及多通道合成孔径雷达(SAR，SyntheticApertureRadar)方位频谱模糊的抑制技术。
技术介绍
地球同步轨道合成孔径雷达(GeosynchronousSyntheticApertureRadar,GEOSAR)位于大约36000km的地球同步轨道，是目前一种得以广泛研究和迅速发展的合成孔径雷达系统。与低轨SAR相比，GEOSAR具有测绘宽度大、监测覆盖面积广、重访周期较短等优势。地球同步轨道星机双基合成孔径雷达(GEO-SA-BiSAR)是一种将SAR有效载荷放置在地球同步轨道卫星上，再使用高速移动的机载接收平台接收回波信号的主动式遥感传感器。通常，为了避免方位向的频谱混叠，SAR系统的脉冲重复频率(PRF)必须高于回波的多普勒带宽。与机载SAR相比，GEO单基SAR的角速度低，多普勒带宽也小得多。但是考虑到距离向的测绘带宽度和发射机的功率和数据存储能力，GEO系统的PRF应该尽可能的小。而在使用高速移动的机载接收平台作为接收站时，这种双基SAR的多普勒带宽会因为接收机的大角速度明显增加，此时如果回波的多普勒带宽超过了PRF，那么方位向频谱就会产生混叠，用混叠的频谱成像会因为模糊频谱带来的虚假目标图像而使成像效果恶化，因此有必要采取一定的技术手段来抑制频谱中的模糊成分。在文献“UnambiguousSARsignalreconstructionfromnonuniformdisplacedphasecentersampling,”(《IEEEGeoscienceRemoteSensingLetters.》vol.1,no.4,pp.260–264,Oct.2004.)中，一种针对单基SAR模糊抑制的方位多通道技术被提出来，利用多个通道的接收信息来消除频谱中的模糊部分。由于GEO星机双基SAR收发平台的分离和各自复杂运动，上述方法中推导的用于重构的多通道响应函数不能用于GEO星机双基SAR中，因此上述文献中的频谱重构方法不能直接用在GEO星机双基SAR系统中。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，通过在GEO-SA-BiSAR系统的接收站使用多通道接收技术，在低脉冲重复频率的情况下增加方位向的采样点，再在信号处理阶段利用通道间的差异性抑制掉频谱中的模糊部分，以此获得无模糊的回波频谱。本专利技术采用的技术方案为：一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，包括：S1、构造多通道响应函数；S2、根据步骤S1构造的多通道响应函数得到系统矩阵，通过对系统矩阵进行求逆，得到重构矩阵；S3、将N个通道的每一个距离单元的回波做傅里叶变换，得到N个通道的回波方位频谱；S4、根据步骤S2的重构矩阵以及步骤S3的N各通道的回波方位频谱进行频谱模糊抑制，得到无模糊频谱。进一步地，步骤S1所述的多通道响应函数为：其中，hs(t)表示参考通道的响应函数，hs,i(t)表示第i个通道的通道响应函数，j是虚数单位，i表示通道，R(t)表示参考通道的距离历史，Ri(t)表示第i个通道的距离历史，λ表示载频波长。进一步地，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、将第i个通道的通道响应函数进行FFT变化，得到第i个通道的通道响应函数的频域形式：其中，Hs(f)是参考通道的通道响应函数，vR是接收平台的移动速度，Δxi是第i个通道到参考通道的距离，f表示方位向频率，k1T为发射站到目标点的斜距二阶估计系数；S22、根据步骤S21的第i个通道的通道响应函数的频域形式，得到通道间的差异性函数：S23、以Hi(f)及其在频域以PRF的整数倍平移的结果为元素构成系统矩阵H(f)：其中，N是通道个数，PRF表示脉冲重复频率；S24、对步骤S23的系数矩阵求逆得到重构矩阵：进一步地，步骤S4具体包括：S41、将回波方位频谱中的[-N/2·PRF,N/2·PRF]部分划分为N个子带，第n个子带以f0,n为中心，以In为宽度范围；S42、根据重构矩阵抑制第m个距离单元的模糊频谱：其中，Us,1(f,τm)表示第m个距离单元内第1个子带内的回波方位频谱，Us,N(f,τm)表示m个距离单元第N个子带内的回波方位频谱，Us(f,τm)表示第m个距离单元的无模糊频谱；S43、若m＜MRange，则m＝m+1，回到步骤S42；否则转到步骤S44；其中，MRange表示回波的距离单元数；S44、将获得的各单元的无模糊频谱进行拼接，得到完整的多普勒带宽内的无模糊频谱：更进一步地，所述步骤S42具体包括：A1、首先将步骤S3得到的各通道的回波频谱变换为：UsN(f,τm)＝(Us,1(f,τm)…Us,N(f,τm))A2、将矩阵UsN(f,τm)与步骤S2得到的重构矩阵相乘，则得到第m个距离单元的N个子带的无模糊频谱的矩阵形式，记为Usm(f,τm)Usm(f,τm)＝(Us,1(f,τm)…Us,N(f,τm))·P(f)A3、将得到的矩阵按列抽取重新排列，拼接为第n个距离单元的无模糊频谱，并存入矩阵Us(f,τm)中；Us(f,τm)＝Vec(Usm(f,τm))其中，Vec(·)是矩阵运算中的向量化算符，作用是将矩阵按列抽取重新排列为一个列向量。本专利技术的有益效果：一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，通过在GEO-SA-BiSAR系统的接收站使用多通道接收技术，在低脉冲重复频率的情况下增加方位向的采样点，再在信号处理阶段利用通道间的差异性抑制掉频谱中的模糊部分，以此获得无模糊的回波频谱；本方法的优点在于可以容许较低的PRF以减轻信号发射功率和存储设备的负担，通过增加接收通道的个数来获得无模糊的回波频谱，避免给成像效果带来损失。通过使用本方法设计的频谱重构算法，可以在GEO-SA-BiSAR系统中低PRF的情况下容许机载接收平台的高速度而不影响最终的成像效果。附图说明图1为本专利技术实施例提供的GEO-SA-BiSAR几何结构图；图2为本专利技术的方案流程图；图3为本专利技术具体实施方式中重构前后的频谱及成像结果对比图；其中，图3(a)是重构之前的模糊频谱，图3(b)是完成模糊抑制后的无模糊频谱，图3(c)是模糊频谱的成像结果，图3(d)是完成模糊抑制后的成像结果。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。本专利技术提出一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，通过在GEO-SA-BiSAR系统的接收站使用多通道接收技术，在低脉冲重复频率的情况下增加方位向的采样点，再在信号处理阶段利用通道间的差异性抑制掉频谱中的模糊部分，以此获得无模糊的回波频谱。为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释：术语1：地球同步轨道合成孔径雷达(GeosynchronousSyntheticApertureRadar,GEOSAR)GEOSAR是一种将SAR有效载荷放置在地球同步轨道卫星上的主动式遥感传感器。术语2：GEO星机双基地SAR(GEO-SA-BiSAR)GEO星机双基地SAR是双基地SAR的一种，是一种以地球同步轨道卫星为发射站，接收站是机载平台的星机双基地SAR。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，其特征在于，包括：S1、构造多通道响应函数；S2、根据步骤S1构造的多通道响应函数得到系统矩阵，通过对系统矩阵进行求逆，得到重构矩阵；S3、将N个通道的每一个距离单元的回波做傅里叶变换，得到N个通道的回波方位频谱；S4、根据步骤S2的重构矩阵以及步骤S3的N各通道的回波方位频谱进行频谱模糊抑制，得到无模糊频谱。

【技术特征摘要】
1.一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，其特征在于，包括：S1、构造多通道响应函数；S2、根据步骤S1构造的多通道响应函数得到系统矩阵，通过对系统矩阵进行求逆，得到重构矩阵；S3、将N个通道的每一个距离单元的回波做傅里叶变换，得到N个通道的回波方位频谱；S4、根据步骤S2的重构矩阵以及步骤S3的N各通道的回波方位频谱进行频谱模糊抑制，得到无模糊频谱。2.根据权利要求1所述的一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，其特征在于，步骤S1所述的多通道响应函数为：其中，hs(t)表示参考通道的响应函数，hs,i(t)表示第i个通道的通道响应函数，j是虚数单位，i表示通道，R(t)表示参考通道的距离历史，Ri(t)表示第i个通道的距离历史，λ表示载频波长。3.根据权利要求2所述的一种GEO星机双基合成孔径雷达频谱模糊抑制方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下分步骤：S21、将第i个通道的通道响应函数进行FFT变化，得到第i个通道的通道响应函数的频域形式：其中，Hs(f)是参考通道的通道响应函数，vR是接收平台的移动速度，Δxi是第i个通道到参考通道的距离，f表示方位向频率，k1T为发射站到目标点的斜距二阶估计系数；S22、根据步骤S21的第i个通道的通道响应函数的频域形式，得到通道间的差异性函数：S23、以Hi(f)及其在频域以PRF的整数倍平移的结果为元素构成系统矩阵H(f)：其中，N是通道个数，PRF表示脉冲重复频率；S24、对步骤S23的系数矩阵求逆得到重构矩阵：4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，安洪阳，何旬，刘竹天，王雯璟，胡春宇，黄川，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51