一种雷达的成像方法技术

本发明专利技术公开一种雷达的成像方法，应用于直线轨道雷达系统，该系统的雷达安装在可任意旋转的平台上，该方法先分别以M个斜视角进行扫描，得到M个变换到频域的回波信号，针对得到的回波信号进行方位向傅里叶变换、相位波数域建模、补偿距离波数一阶量、斜视相位补偿，并计算多普勒中心，得到波数域信号，再对多个波数域信号同时执行Stolt插值和相干积累，最后进行傅里叶逆变换以获得聚焦图像。本发明专利技术提供的成像方法在处理大斜视角采集的回波信号时，有效解决了目前地基合成孔径雷达当斜视角较大时，误差大、距离徙动较大、距离方位耦合严重以及处理速度慢等问题。

A Radar Imaging Method

The invention discloses a radar imaging method, which is applied to a linear track radar system. The radar of the system is installed on a platform with arbitrary rotation. The method first scans with M squint angles, obtains M echo signals transformed into frequency domain, carries out azimuth Fourier transform, phase wavenumber domain modeling, compensates the first order of range wavenumber and obliquity of the obtained echo signals. The signal in wavenumber domain is obtained by calculating the Doppler center, and Stolt interpolation and coherent accumulation are performed simultaneously for multiple wavenumber domain signals. Finally, the inverse Fourier transform is performed to obtain the focused image. The imaging method provided by the invention effectively solves the problems of large error, large range migration, serious range-azimuth coupling and slow processing speed of the current ground-based synthetic aperture radar when the squint angle is large.

【技术实现步骤摘要】
一种雷达的成像方法
本专利技术涉及雷达的成像领域，尤其涉及一种雷达的成像方法。
技术介绍
合成孔径雷达具有全天时、全天候、远距离、高分辨成像的特点，自问世以来，在民用、军事领域有着广泛应用，按搭载的载体不同可分为机载合成孔径雷达、星载合成孔径雷达以及地基合成孔径雷达等。近年来我国山体滑坡、塌方等自然灾害频繁发生，地基合成孔径雷达的研究需求相当迫切，其相对于传统的监测预警方式而言，有如下特点：监测范围广，最大可达数平方公里；形变测量精确度高，利用相位差分干涉原理测量，精度可达亚毫米级；全天时全天候，由于电磁波的穿透性，不受天气和昼夜的影响。通常合成孔径雷达系统中，由于系统脉冲重复频率是有限的以及平台的高速运动，大斜视角会导致多普勒模糊。当雷达的慢速运动，例如速度为0.03m/s，多普勒频率中心没有超过PRF，则不必考虑多普勒模糊问题。另一方面，更大的成像范围一直是人们追求的目标，但是，地基合成孔径雷达的方位合成孔径很短(仅有数米长)，照射场景却要求达数平方千米，为了满足此条件，就需要地基合成孔径雷达工作在大斜视角扫描的模式下，即斜视角小于80或大于100度扫描的模式下。对于地基合成孔径雷达来说，当斜视角较大时，会带来误差大、距离徙动较大、距离方位耦合严重以及处理速度慢等问题，因此需要一种能适应大视场大斜视的信号模型特点和需求的雷达的成像方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种雷达的成像方法，该方法能适应大视场大斜视的信号模型特点和需求，以解决目前地基合成孔径雷达当斜视角较大时，误差大、距离徙动较大、距离方位耦合严重以及处理速度慢等问题。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种雷达的成像方法，包括步骤：S1、分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角进行M次扫描，并通过数据预处理，得到M个变换到频域的回波信号；S2、对频域中的每个所述回波信号进行方位向傅里叶变换以及相位波数域建模，得到波数域信号；S3、对每个所述波数域信号依次进行距离波数一阶量的补偿和斜视相位的补偿，并根据所述斜视角计算多普勒中心，进而得到与斜视角无关的波数域信号；S4、对多个所述波数域信号同时执行Stolt插值，然后进行相干积累，得到信号矩阵；S5、对所述信号矩阵进行傅里叶逆变换以获得雷达的聚焦图像。具体地，所述步骤S1包括：S101、分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角进行M次扫描，得到M个时域中的回波信号：其中，公式(1)中t是雷达运动时间，Ta为雷达方位向采样时间，τ为距离时间，Tp为发射信号的脉冲宽度，f0为载波频率，Kr为距离向调频率，c是光速，τp为距离向时延，包含斜视角θ，θ＝θ1，θ2，…，θM；S102、根据基带参考信号，利用去调频接收技术对公式(1)中所述回波信号进行处理，得到去调频后的回波信号：其中，公式(2)中kr是距离波数，τc＝2rc/c为参考信号的时延，τΔ是距离向时延和参考信号时延的差，τd＝τ-τc和τΔ＝τp-τc.*表示复共轭；S103、利用去扭曲技术，消除公式(2)所述回波信号中残留视频相位误差，得到去扭曲后的回波信号：S104、将公式(3)所述回波信号进行时频转换，得到频域中的回波信号：其中，公式(4)中fr是距离频率，Br是发射信号的带宽。进一步地，所述步骤S101包括步骤：S1011、以雷达的直线轨道为x轴，直线轨道的中心作为原点O，雷达在原点正交扫描的视线方向为y轴建立直角坐标系xOy，雷达视线方向与x轴正方向之间的夹角为斜视角θ，雷达以运动速度v沿x轴运动，运动时间为t，雷达坐标为(vt，0)；S1012、雷达分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角θ进行M次扫描，并根据原点到场景中心的斜距rc，计算得到场景中心坐标(rccosθ，rcsinθ)；S1013、根据目标点与场景中心的横坐标差x0和目标点与场景中心的纵坐标差y0计算得到目标点坐标(x，y)＝(rccosθ+x0，rcsinθ+y0)；S1014、根据目标点坐标(x，y)以及雷达坐标(vt，0)，得到雷达与目标点的斜距为：根据公式(101)进而得到距离向时延其中公式(102)中c是光速；S1015、定义发射信号为其中，公式(103)中τ为距离时间，Tp为发射信号的脉冲宽度，f0为载波频率，Kr为距离向调频率；S1016、根据公式(103)得到M个时域中的回波信号：其中，公式(1)中Ta为雷达方位向采样时间，θ＝θ1，θ2，…，θM。优选地，所述步骤S102包括：S1021、被τc延迟的基带参考信号为sref＝exp{j[2πf0(τ-τc)+πKr(τ-τc)2]}(201)其中，公式(201)中τc＝2rc/c为参考信号的时延；S1022、根据公式(201)中的基带参考信号，利用去调频接收技术对公式(1)中所述回波信号进行处理，得到去调频信号：其中，公式(2)中kr是距离波数，，τc＝2rc/c为参考信号的时延，τΔ是距离向时延和参考信号时延的差，τd＝τ-τc和τΔ＝τp-τc.*表示复共轭。具体地，所述步骤S2包括：S201、对公式(4)中所述回波信号进行方位向傅里叶变换，并且根据驻定相位原理，得到波数域中的相位：Φ＝-2πkθrc+2πkrrc+2πkax0-2πkry0cosφ(5)其中，公式(5)中方位波数fa为方位频率；S202、将雷达视线附近的球面波局部近似为平面波，平面波传播方向的波长为λ，其斜视方向的投影波长表示为λθ：S203、由公式(6)得到斜视方向上的投影波数为：kθ＝1/λθ(7)S204、由公式(5)(6)(7)，得到新的波数域中的相位：Φ＝-2πkrrcsin(θ-φ)+2πkrrc+2πkax0-2πkry0cosφ(8)建立二维波数域模型，波数域信号完全表达式为：SS(ka，kr；θ)＝W(ka，kr)·ej·Φ(9)其中W(ka，kr)为方位波数ka的一阶量：优选地，所述步骤S3包括：S301、rc已知，对公式(9)波数域信号依次进行距离波数kr一阶量的补偿，得到：SS1(ka，kr；θ)＝SS(ka，kr；θ)·exp{-j·2πkrrc}＝W(ka，kr)·exp{-j·2πkrrcsin(θ-φ)}·exp{j·[2πkax0-2πkry0cosφ]}(10)S302、对公式(10)中的波数域信号的第一个相位项进行斜视相位的补偿，得到波数域中斜视相位补偿后的波数域信号：SS2(ka，kr；θ)＝SS1(ka，kr；θ)·exp{j·2πkrrcsin(θ-φ)}＝W(ka，kr)·exp{j·[2πkax0-2πkry0cosφ]}(11)S304、根据所述斜视角θ计算得到多普勒中心：kac＝-2/λ·cosθ(12)S305、由公式(11)参考公式(12)得到与斜视角无关的波数域信号：进一步地，所述步骤S302中，对公式(10)中波数域信号的第一个相位项进行的斜视相位补偿是逐点进行的。优选地，所述步骤S4包括：S401、对公式(13)的波数域信号执行的Stolt插值，得到：S402、对公式(14)中不同斜视角θ对应的波数域信号相干积累，得到信号矩阵：具体地，所述步骤S401中，对不同斜视角θ对应的波数域信号分别执行Stolt插值，或者对多个斜视角θ对应的波数域信号同时执行Stol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达的成像方法，其特征在于，所述雷达的成像方法包括步骤：S1、分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角进行M次扫描，并通过数据预处理，得到M个变换到频域的回波信号；S2、对频域中的每个所述回波信号进行方位向傅里叶变换以及相位波数域建模，得到波数域信号；S3、对每个所述波数域信号依次进行距离波数一阶量的补偿和斜视相位的补偿，并根据所述斜视角计算多普勒中心，进而得到与斜视角无关的波数域信号；S4、对多个所述波数域信号同时执行Stolt插值，然后进行相干积累，得到信号矩阵；S5、对所述信号矩阵进行傅里叶逆变换以获得雷达的聚焦图像。

【技术特征摘要】
1.一种雷达的成像方法，其特征在于，所述雷达的成像方法包括步骤：S1、分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角进行M次扫描，并通过数据预处理，得到M个变换到频域的回波信号；S2、对频域中的每个所述回波信号进行方位向傅里叶变换以及相位波数域建模，得到波数域信号；S3、对每个所述波数域信号依次进行距离波数一阶量的补偿和斜视相位的补偿，并根据所述斜视角计算多普勒中心，进而得到与斜视角无关的波数域信号；S4、对多个所述波数域信号同时执行Stolt插值，然后进行相干积累，得到信号矩阵；S5、对所述信号矩阵进行傅里叶逆变换以获得雷达的聚焦图像。2.根据权利要求1所述的雷达的成像方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S101、分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角进行M次扫描，得到M个时域中的回波信号：其中，式(1)中的t是雷达运动时间，Ta为雷达方位向采样时间，τ为距离时间，Tp为发射信号的脉冲宽度，f0为载波频率，Kr为距离向调频率，c是光速，τp为距离向时延，包含斜视角θ，θ＝θ1，θ2，…，θM；S102、根据基带参考信号，利用去调频接收技术对公式(1)中所述回波信号进行处理，得到去调频后的回波信号：其中，式(2)的kr是距离波数，τc＝2rc/c为参考信号的时延，τΔ是距离向时延和参考信号时延的差，τd＝τ-τc和τΔ＝τp-τc.*表示复共轭；S103、利用去扭曲技术，消除公式(2)所述回波信号中残留视频相位误差，得到去扭曲后的回波信号：S104、将公式(3)所述回波信号进行时频转换，得到频域中的回波信号：其中，公式(4)中fr是距离频率，Br是发射信号的带宽。3.根据权利要求2所述的雷达的成像方法，其特征在于，所述步骤S101包括步骤：S1011、以雷达的直线轨道为x轴，直线轨道的中心作为原点O，雷达在原点正交扫描的视线方向为y轴建立直角坐标系xOy，雷达视线方向与x轴正方向之间的夹角为斜视角θ，雷达以运动速度v沿x轴运动，运动时间为t，雷达坐标为(vt，0)；S1012、雷达分别以θ1，θ2，…，θM为斜视角θ进行M次扫描，并根据原点到场景中心的斜距rc，计算得到场景中心坐标(rccosθ，rcsinθ)；S1013、根据目标点与场景中心的横坐标差x0和目标点与场景中心的纵坐标差y0计算得到目标点坐标(x，y)＝(rccosθ+x0，rcsinθ+y0)；S1014、根据目标点坐标(x，y)以及雷达坐标(vt，0)，得到雷达与目标点的斜距为：根据公式(101)进而得到距离向时延其中式(102)的c是光速；S1015、定义发射信号为其中τ为距离时间，Tp为发射信号的脉冲宽度，f0为载波频率，Kr为距离向调频率；S1016、根据公式(103)得到M个时域中的回波信号：其中，式(1)的Ta为雷达方位向采样时间，θ＝θ1，θ2，…，θM。4.根据权利要求3所述的雷达的成像方法，其特征在于，所述步骤S102包括：S1021、被τc延迟的基带参考信号为sref＝exp{j[2πf0(τ-τc)+πKr(τ-τc)2]}(201)其中，式(201)的τc＝2rc/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远，王彦平，刘航，林赟，李洋，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11