一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法技术

本发明专利技术公开了一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，包括以下步骤：对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像；将经过处理后得到的每一个扫描位置处对应的二维成像结果分别投影至三维空间；将经过处理后得到的所有扫描位置处对应的三维投影结果相加。本发明专利技术能避免计算多发多收合成孔径雷达成像系统测量数据沿扫描方向的傅里叶变换，可以在多发多收阵列扫描的同时进行成像处理，适用于多发多收阵列扫描轨迹为直线或曲线（即等效天线孔径为平面或曲面）的多发多收合成孔径雷达成像系统，降低了运算量并且有利于并行处理。

A Three-Dimensional Imaging Method for Multi-Channel and Multi-Receive Synthetic Aperture Radar

【技术实现步骤摘要】
一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法
本专利技术属于雷达成像方法领域，特别涉及一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法。
技术介绍
多发多收合成孔径雷达利用多发多收阵列扫描形成二维等效天线孔径，并利用宽带信号实现对目标的三维成像，阵列的扫描轨迹是不定的，可以是直线，也可以是曲线。多发多收阵列扫描形成的面为多发多收合成孔径雷达的等效天线孔径。当多发多收阵列的扫描轨迹为直线时，形成的等效天线孔径是一个平面；当多发多收阵列的扫描轨迹为圆形时，形成的等效天线孔径是一个柱面。现有的用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法主要包括：距离迁徙算法、后向投影算法和基于近似的算法。距离迁徙算法首先利用三维傅里叶变换将测量数据变换至空间波数域进行补偿，对补偿后的数据进行插值和降维累加，最后利用三维逆傅里叶变换得到成像结果。距离迁徙算法具有如下缺点：需要计算测量数据沿扫描向的傅里叶变换，因此只能在测量数据沿扫描向采集完成之后开始成像处理；只能用于多发多收阵列扫描轨迹为直线时的多发多收合成孔径雷达成像系统，即仅适用于等效天线孔径为平面的系统，不利于并行处理。后向投影算法首先利用逆傅里叶变换得到不同收发阵元对对应的一维距离像，然后将不同收发阵元对对应的一维距离像分别投影至三维目标空间，最后将不同收发阵元对对应的所有三维投影结果累加得到成像结果。后向投影算法的缺点是运算量较大，用于多发多收合成孔径雷达三维成像时耗时较长。基于近似的方法建立在一些近似假设成立的基础上。如基于等效相位中心原理的近似方法，该方法首先将多发多收阵列的测量数据根据近似关系转换成单发单收阵列的测量数据，然后再采用单发单收阵列的成像方法进行成像处理。基于近似的方法会导致成像结果的精度下降，如部分成像位置出现散焦、位置偏移等，不能用于短距离精确成像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述三种现有多收多发合成孔径雷达三维成像方法的不足，提供一种新的多发多收合成孔径雷达三维成像方法，能避免计算多发多收合成孔径雷达成像系统测量数据沿扫描方向的傅里叶变换，可以在多发多收阵列扫描的同时进行成像处理，适用于扫描轨迹为直线或曲线(即等效天线孔径为平面或曲面)的多发多收合成孔径雷达成像系统，降低了运算量并且有利于并行处理。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，包括以下步骤：步骤S1.对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像；步骤S2.将经过步骤S1处理后得到的每一个扫描位置处对应的二维成像结果分别投影至三维空间；步骤S3.将经过步骤S2处理后得到的所有扫描位置处对应的三维投影结果相加。作为一种优选方式，所述步骤S1中对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据分别进行二维成像的方法包括以下步骤：步骤S11.计算多发多收阵列采集的测量数据S0(u,v,k；p)沿u向和v向的二维傅里叶变换，得到数据S1(ku,kv,k；p)，其中u为发射域，v为接收域，k＝2πf/c，f为频率，c为电磁波的传播速度，ku为发射方位波数且是对应于u的傅里叶变量，kv为接收方位波数且是对应于v的傅里叶变量，向量p为多发多收阵列的位置；步骤S12.对数据S1(ku,kv,k；p)在k域进行插值，得到在kr域等间隔采样的数据S2(ku,kv,kr；p)，其中kr为斜距波数且步骤S13.将数据S2(ku,kv,kr；p)从ku-kv-kr域变换至kx-kr域，得到数据S3(kx,kr；p)，其中kx为方位波数且kx＝ku+kv；步骤S14.计算数据S3(kx,kr；p)沿kx向和kr向的二维逆傅里叶变换，得到二维成像结果。与现有技术相比，本专利技术能避免计算多发多收合成孔径雷达成像系统测量数据沿扫描方向的傅里叶变换，可以在多发多收阵列扫描的同时进行成像处理，适用于扫描轨迹为直线或曲线(即等效天线孔径为平面或曲面)的多发多收合成孔径雷达成像系统，降低了运算量并且有利于并行处理。附图说明图1为本专利技术方法的流程图。图2为多发多收阵列沿直线扫描时的几何关系图。具体实施方式下面结合附图和本专利技术的实例，对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术方法的流程图。图2为多发多收阵列沿直线扫描时的几何关系图。O表示坐标原点，x轴表示方位向，y轴表示距离向，z轴表示高度向。多发多收阵列平行于x轴，在距离原点y0处沿z轴扫描，多发多收阵列的z轴坐标为h。发射阵元的坐标为(u,y0,h)，接收阵元的坐标为(v,y0,h)，目标上任意一点的坐标为(x,y,z)。假设发射信号为步进频信号，此时多发多收合成孔径雷达成像系统的测量数据为S0(u,v,k,h)，其中k＝2πf/c，f为频率，c为电磁波的传播速度。如图1所示，本专利技术所述用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，包括以下步骤：步骤S1.对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像。所述步骤S1中对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像的方法包括以下步骤：步骤S11.计算多发多收阵列采集的测量数据S0(u,v,k；p)(在本实施例中，测量数据为S0(u,v,k,h))沿u向和v向的二维傅里叶变换，得到数据S1(ku,kv,k；p)(在本实施例中，得到数据S1(ku,kv,k,h))，其中u为发射域，v为接收域，k＝2πf/c，f为频率，c为电磁波的传播速度，ku为发射方位波数且是对应于u的傅里叶变量，kv为接收方位波数且是对应于v的傅里叶变量，向量p为多发多收阵列的位置(即多发多收阵列在不同扫描处的位置，在本实施例中p为h)。步骤S11计算得到的数据S1(ku,kv,k；p)具有如下特征：数据S1(ku,kv,k；p)(在本实施例中为S1(ku,kv,k,h))在ku域和kv域中是均匀采样的且采样间隔相等；数据S1(ku,kv,k,h)在ku域和kv域中的分布范围由目标和多发多收阵列共同确定。在本实施例中，步骤S12.对数据S1(ku,kv,k；p)(在本实施例中为S1(ku,kv,k,h))在k域进行插值，得到在kr域等间隔采样的数据S2(ku,kv,kr；p)(在本实施例中为S2(ku,kv,kr,h))，其中kr为斜距波数且数据S2(ku,kv,kr；p)与数据S1(ku,kv,k；p)之间的关系为：在本实施例中，数据S2(ku,kv,kr,h)与数据S1(ku,kv,k,h)之间的关系为：步骤S12中的插值方法是一种公知技术，有多种公知技术可以得到相同的结果。插值的目标是为了得到在kr域内等间隔采样的数据。步骤S13.将数据S2(ku,kv,kr；p)(在本实施例中为S2(ku,kv,kr,h))从ku-kv-kr域变换至kx-kr域，得到数据S3(kx,kr；p)(在本实施例中为S3(kx,kr,h))，其中kx为方位波数且kx＝ku+kv。数据S3(kx,kr；p)与数据S2(ku,kv,kr；p)的关系为：在本实施例中，数据S3(kx,kr,h)与数据S2(ku,kv,kr,h)的关系为：可见，步骤S13将数据S2(ku,kv,kr；p)(在本实施例中为S2(ku,kv,kr,h))进行累加，将数据S2(ku,kv,kr；p)中满足关系kx＝ku+kv的数据进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1.对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像；步骤S2.将经过步骤S1处理后得到的每一个扫描位置处对应的二维成像结果分别投影至三维空间；步骤S3.将经过步骤S2处理后得到的所有扫描位置处对应的三维投影结果相加。

【技术特征摘要】
1.一种用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1.对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像；步骤S2.将经过步骤S1处理后得到的每一个扫描位置处对应的二维成像结果分别投影至三维空间；步骤S3.将经过步骤S2处理后得到的所有扫描位置处对应的三维投影结果相加。2.如权利要求1所述的用于多发多收合成孔径雷达的三维成像方法，其特征在于，所述步骤S1中对每一个扫描位置处的多发多收阵列采集的回波数据进行二维成像的方法包括以下步骤：步骤S11.计算多发多收阵列采集的测量数据S0(u,v,k；p)沿u向和v向的二维傅里叶变换，得到数据S1(ku,kv...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑雄，朱荣强，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43