一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法技术

本发明专利技术提供了一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法及系统，对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据，再对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行移频处理和滤波处理，分别恢复得到不同接收通道的四种雷达回波数据，即HH、HV、VH、VV四种极化的全极化雷达回波数据；对全极化雷达回波数据进行SAR成像处理，得到全极化SAR图像。本发明专利技术可以将传统的全极化合成孔径雷达多通道接收系统合并为单通道接收实现，并实现四个全极化通道同时成像，甚至将全极化SAR的多通道合并为单通道发射实现。

A Realization Method of Single Channel Full Polarization SAR Based on Frequency Transform

The invention provides a method and system for realizing single channel full polarization SAR based on frequency transformation. The echo data are processed in range direction to recover the separated two kinds of radar echo data corresponding to different transmitting channels. Then the two kinds of radar echo data of different transmitting channels are processed by frequency shift and filtering respectively, and four kinds of different receiving channels are recovered. Radar echo data, namely HH, HV, VH, VV polarization full polarization radar echo data; full polarization radar echo data are processed by SAR imaging to obtain full polarization SAR image. The invention can merge the traditional multi-channel receiving system of full polarization synthetic aperture radar into a single channel receiving system, realize simultaneous imaging of four full polarization channels, and even merge the multi-channel of full polarization SAR into a single channel transmitting system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法
本专利技术涉及雷达
，具体涉及一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，可以对地面目标进行高分辨率的探测，并且具有全天候、全天时的优势。全极化SAR可以获取包含目标不同极化散射特性的高分辨率雷达图像，扩展了雷达图像信息的维度，在目标分类、目标识别、农作物监测、林业监测、海洋监测、国土测绘等领域得到了广泛的应用。相对单极化SAR，全极化SAR系统更为复杂，传统的全极化SAR系统，无论是采用频分实现、或采用码分实现、还是采用时分实现，实现全极化成像通常要求系统要有至少两个收发通道，能够发射垂直极化和水平极化的信号，并且能够接收两种不同极化的信号。对于装载于大型飞行平台，全极化SAR系统的复杂度还不是最为关键问题，但对于小型飞行平台，严格限制载荷的体积、重量和功耗，全极化SRA系统的复杂度成为是否能装载小型飞行平台的核心问题。因此，为了使全极化SAR系统具有更广泛的装载飞行平台适应能力，在本领域存在以下需求：通过降低全极化SAR系统的复杂度，减少全极化SAR对飞行平台装载能力的要求。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法，利用在发射时进行连续脉冲编码方法，在接收时进行移频处理，可以将传统的全极化SAR的多通道接收系统合并为单通道接收实现，并实现四个全极化通道同时成像，甚至将全极化SAR的多通道合并为单通道发射实现。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法，包括以下步骤：发射采用两个发射通道，包括水平极化发射通道和垂直极化发射通道，两个发射通道同时发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；或发射采用一个发射机和两个发射天线，包括水平极化发射天线和垂直极化发射天线，两个发射天线切换发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；水平极化接收天线和垂直极化接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；两路接收信号中的一路进行移频，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；或两路接收信号分别进行移频，然后合路，形成一路接收信号；形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；再对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行移频处理和滤波处理，分别恢复得到不同接收通道的四种雷达回波数据，即HH、HV、VH、VV四种极化的全极化雷达回波数据；对全极化雷达回波数据进行SAR成像处理，得到全极化SAR图像。在本专利技术的某些实施例中，所述两个发射通道同时发射具有不同脉冲编码的两种多脉冲组，在信号发射时，两种多脉冲组在时间上不重叠。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种基于频率变换的单通道全极化SAR系统，包括：激励信号模块，用于产生采用子带交错和时间交错进行编码的两种多脉冲组，分别输入到第一发射机和第二发射机；第一发射机和第二发射机，用于放大两种多脉冲组，并分别通过两个环形器输出到H极化天线和V极化天线；H极化天线，用于发射水平极化编码信号，接收H极化天线发射信号产生的回波信号和V极化天线发射信号产生的回波信号；V极化天线，用于发射垂直极化编码信号，接收H极化天线发射信号产生的回波信号和V极化天线发射信号产生的回波信号；移频器，用于对通过环形器的H极化天线接收信号或V极化天线接收信号进行移频处理；合路器，用于将一路移频后的接收信号和另一路接收信号合成一路信号；接收机，用于接收合路后的接收信号；数据采集模块，用于对接收机输出的信号进行数字化；成像处理处理模块，用于对雷达接收数据进行信号恢复处理和成像处理；信号恢复处理包括对雷达回波数据进行距离向解算处理，恢复分离对应不同发射通道的雷达回波数据，再对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行移频处理和滤波处理，分别恢复得到不同接收通道的四种雷达回波数据，即HH、HV、VH、VV四种极化的全极化雷达回波数据；成像处理包括对全极化雷达回波数据进行SAR成像处理，得到全极化SAR图像。在本专利技术的某些实施例中，采用两个移频器代替一个移频器，分别为第一移频器和第二移频器，第一移频器对H极化天线接收信号进行移频处理，第二移频器对V极化天线接收信号进行移频处理；合路器将移频后的一路接收信号和另一路接收信号合成一路信号。在本专利技术的某些实施例中，采用一个发射机和一个切换开关代替两个发射机，由于H极化天线发射编码脉冲组和V极化天线发射编码脉冲组在时间上是错开的，通过切换开关在时间上控制激励信号模块、发射机输出的子脉冲分别发送到H极化天线和V极化天线，实现两种多脉冲组分别在两个极化天线发射。从上述技术方案可以看出，本专利技术基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)只需要单接收通道，降低了设计难度，简化了系统实现，消除了多通道系统接收通道不一致问题；(2)在一个等效脉冲重复周期(PRI)内同时完成了全极化信息的获取。附图说明通过以下结合附图的说明，并且随着对本专利技术的更全面了解，本专利技术的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：图1是传统全极化SAR系统结构示意图。图2是传统全极化SAR工作原理示意图。图3是本专利技术第一实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的结构示意图。图4是本专利技术第一实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的工作原理示意图。图5是本专利技术第一实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的发射编码示意图。图6是本专利技术第二实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的结构示意图。图7是本专利技术第三实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的结构示意图。图8是本专利技术第四实施例基于频率变换的单通道全极化SAR系统的结构示意图。具体实施方式在对本专利技术进行详细说明之前，先介绍一下传统全极化SAR的系统结构及工作原理。如图1所示，传统全极化SAR系统包括：两个发射机；两部收发天线，分别为水平极化(H极化)收发天线和垂直极化(V极化)收发天线；两个接收机；两个数据采集模块；发射通道的激励信号模块和成像处理模块。可以看出，除了激励信号模块和成像处理模块为共用部分，传统全极化SAR基本可以看做是由两部单极化SAR组成，系统结构复杂，尽管可以通过系统设计优化只采用一个发射机，但整体上不利于实现轻小型化。如图2所示，这是典型的时分工作方式，水平极化天线(H极化天线)与垂直极化天线(V极化天线)交替发射脉冲发射信号，在发射脉冲之间，H极化天线与V极化天线同时接收雷达回波信号，对应得到4个全极化的雷达回波信号：H极化天线发射H极化天线接收的HH极化雷达回波信号、H极化天线发射V极化天线接收的HV极化雷达回波信号、V极化天线发射H极化天线接收的VH极化雷达回波信号和V极化天线发射V极化天线接收的VV极化雷达回波信号。以下将对本专利技术进行详细说明，为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。第一实施例：在本实施例中，提供了一种基于频率变换的单通道全极化SAR系统。如图3所示，本专利技术基于频率变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法，其特征在于，包括以下步骤：发射采用两个发射通道，包括水平极化发射通道和垂直极化发射通道，两个发射通道同时发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；或发射采用一个发射机和两个发射天线，包括水平极化发射天线和垂直极化发射天线，两个发射天线切换发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；水平极化接收天线和垂直极化接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；两路接收信号中的一路进行移频，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；或两路接收信号分别进行移频，然后合路，形成一路接收信号；形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；再对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行移频处理和滤波处理，分别恢复得到不同接收通道的四种雷达回波数据，即HH、HV、VH、VV四种极化的全极化雷达回波数据；对全极化雷达回波数据进行SAR成像处理，得到全极化SAR图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率变换的单通道全极化SAR实现方法，其特征在于，包括以下步骤：发射采用两个发射通道，包括水平极化发射通道和垂直极化发射通道，两个发射通道同时发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；或发射采用一个发射机和两个发射天线，包括水平极化发射天线和垂直极化发射天线，两个发射天线切换发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；水平极化接收天线和垂直极化接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；两路接收信号中的一路进行移频，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；或两路接收信号分别进行移频，然后合路，形成一路接收信号；形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；再对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行移频处理和滤波处理，分别恢复得到不同接收通道的四种雷达回波数据，即HH、HV、VH、VV四种极化的全极化雷达回波数据；对全极化雷达回波数据进行SAR成像处理，得到全极化SAR图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个发射通道同时发射具有不同脉冲编码的两种多脉冲组，在信号发射时，两种多脉冲组在时间上不重叠。3.一种基于频率变换的单通道全极化SAR系统，其特征在于，包括：激励信号模块，用于产生采用子带交错和时间交错进行编码的两种多脉冲组，分别输入到第一发射机和第二发射机；第一发射机和第二发射机，用于放大两种多脉冲组，并分别通过两个环形器输出到H极化天线和V极化天线；H极化天线，用于发射水平极化编码...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩飞，韩松，李和平，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11