專利名稱：用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成孔徑雷達(dá)的信號(hào)處理方法，更特別地說(shuō)，是指一種用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)系統(tǒng)是一種有源的遙感設(shè)備,它主動(dòng)向目標(biāo)發(fā)射電磁波，利用目標(biāo)散射特性作用下接收到回波信號(hào)進(jìn)行成像。星載合成孔徑雷達(dá)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)參數(shù)眾多且相互關(guān)聯(lián)、相互制約。在距離向，雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮，從而得到較高的距離向分辨率；在方位向，通過(guò)衛(wèi)星的雷達(dá)平臺(tái)在前進(jìn)過(guò)程波束與目標(biāo)相對(duì)位置的變化，形成等效線性陣列天線，從而提高了方位分辨率。
影響星載SAR的圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一就是方位模糊性問(wèn)題。這與星載SAR的脈沖工作方式有關(guān)，其脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repetitive Frequency, PRF)的選擇與方位模糊緊密相關(guān)。由于多普勒效應(yīng)，SAR所收到的回波沿方位向可以等效為一個(gè)線性調(diào)頻(linear frequency modulation, LFM)信號(hào)，并且這個(gè)LFM信號(hào)是離散的,抽樣頻率為PRF。方位向LFM信號(hào)是被方位向的天線方向圖加權(quán)的，但是天線方向圖都存在著旁瓣且處于較高頻段上。1999年10月哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版、劉永坦編著的《雷達(dá)成像技術(shù)》指出，合成孔徑雷達(dá)(SAR, Synthetic Aperture Radar)安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上,按照一定的重復(fù)頻率發(fā)射、接收脈沖，形成回波信號(hào)。SAR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示，SAR系統(tǒng)包括有星上雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星平臺(tái)及數(shù)據(jù)下傳系統(tǒng)和地面系統(tǒng)三部分，對(duì)合成孔徑雷達(dá)成像處理是在地面系統(tǒng)中完成的。地面系統(tǒng)通過(guò)地面接收站接收衛(wèi)星平臺(tái)及數(shù)據(jù)下傳系統(tǒng)下發(fā)的回波信號(hào)，該回波信號(hào)經(jīng)SAR信號(hào)處理器進(jìn)行成像處理，獲得SAR圖像；所述SAR圖像存儲(chǔ)于備檔操作系統(tǒng)中。2001 年第49卷〈〈IEEE Transaction on Antennas and Propagation〉〉XuXiaojian、Narayanan R. M.發(fā)表的〈〈〈〈Range sidelobe suppression technique for coherent ultrawide-band random noise radar imaging》指出，SAR信號(hào)處理器對(duì)回波信號(hào)分別沿距離向和方位向進(jìn)行匹配濾波，獲取成像結(jié)果。由于成像過(guò)程中二維頻域的支撐域有限，使得合成孔徑雷達(dá)的沖激響應(yīng)在距離向和方位向上均為辛格函數(shù)，其包絡(luò)具有逐漸遞減的旁瓣。這種現(xiàn)象的存在使得在成像結(jié)果中后向散射強(qiáng)度較弱的目標(biāo)被淹沒(méi)在相鄰強(qiáng)散射目標(biāo)的旁瓣中，降低了合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)相鄰目標(biāo)的分辨能力。1989年11月科學(xué)出版社出版、張澄波編著的《綜合孔徑雷達(dá)原理、系統(tǒng)分析與應(yīng)用》中介紹了基于幅度加權(quán)的旁瓣抑制方法。該方法能夠在一定程度上壓低旁瓣電平，但會(huì)導(dǎo)致成像分辨率變差和信噪比降低。2009年第7期《信號(hào)處理》王建、周智敏、宋千等發(fā)表的《SAR圖像二維旁瓣自適應(yīng)抑制技術(shù)》提出了空變切趾濾波技術(shù)，采用非線性方法得到較低的旁瓣電平。該方法對(duì)強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的旁瓣抑制效果顯著，但是不適用于弱目標(biāo)，并且運(yùn)算量較大。最小二乘法(least square method)是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù),它通過(guò)最小化誤差的平方尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。2006年9月科學(xué)出版社出版、魏木生編著的《廣義最小二乘問(wèn)題理論和計(jì)算》中給出了線性最小二乘法概念，當(dāng)給定的矩陣J e 啡奇異，則對(duì)任何向量JeCw和xeCH ,線性方程組Ax = y總有唯一解X = Α_\，其中表示所有mX I復(fù)元素矩陣的實(shí)體，CT和4T分別表示所有m、η個(gè)復(fù)元素向量的實(shí)體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法，該方法首先將合成孔徑雷達(dá)獲取的二維回波信號(hào)排列為一維數(shù)據(jù)，然后確定成像平面區(qū)域位置，構(gòu)造成像平面對(duì)應(yīng)的測(cè)量矩陣，最后采用線性最小二乘方法，結(jié)合測(cè)量矩陣對(duì)一維回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果的全向旁瓣抑制，顯著降低了能量泄漏。
本發(fā)明是基于現(xiàn)有的SAR信號(hào)處理器對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行全向旁瓣抑制，具體的全向旁瓣抑制方法包括有下列處理步驟第一步回波信號(hào)的二維轉(zhuǎn)一維第二步成像區(qū)域劃分第三步構(gòu)建觀測(cè)向量第四步觀測(cè)向量構(gòu)建第五步構(gòu)建成像區(qū)域?qū)?yīng)的觀測(cè)矩陣第六步獲取成像區(qū)域散射系數(shù)第七步向量矩陣轉(zhuǎn)換在本發(fā)明中，經(jīng)SAR信號(hào)處理器采用全向旁瓣抑制處理后的圖像，應(yīng)用的圖像
PP
評(píng)價(jià)參數(shù)包括有方位向能量泄漏比= -JT、距離向能量泄漏比f(wàn)和二維能量泄漏比
apIp
P
J￠1
** _O
P
Vp在合成孔徑雷達(dá)旁瓣抑制處理中，應(yīng)用本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)①將回波信號(hào)由二維排列為一維，構(gòu)建成像區(qū)域?qū)?yīng)的觀測(cè)矩陣，采用線性最小二乘法進(jìn)行處理，消弱了合成孔徑雷達(dá)沿方位向、距離向以及交叉向的旁瓣。②與基于幅度加權(quán)的旁瓣抑制方法相比，本發(fā)明在抑制旁瓣的同時(shí)，不會(huì)引起合成孔徑雷達(dá)空間分辨率的損失。③與空變切趾濾波技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)目標(biāo)的散射強(qiáng)度沒(méi)有特殊要求，適用于各種類型的成像區(qū)域。


圖I是傳統(tǒng)SAR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖IA是本發(fā)明全向旁瓣抑制方法的處理流程圖。圖2是BP成像方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化三維圖像。圖3是本發(fā)明方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化三維圖像。
圖4是BP成像方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化的方位向剖面圖。
圖5是BP成像方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化的距離向剖面圖。圖6是本發(fā)明方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化的方位向剖面圖。圖7是本發(fā)明方法對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)處理后得到幅值歸一化的距離向剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和仿真實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖IA所示，本發(fā)明是基于現(xiàn)有的SAR信號(hào)處理器對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行全向旁瓣抑制，具體的全向旁瓣抑制方法包括有下列處理步驟第一步回波信號(hào)的二維轉(zhuǎn)一維由于SAR信號(hào)處理器接到的回波數(shù)據(jù)是以二維矩陣進(jìn)行排列的，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)回波數(shù)據(jù)形成的成像區(qū)域進(jìn)行處理，本發(fā)明采用對(duì)二維回波數(shù)據(jù)進(jìn)行一維回波數(shù)據(jù)
Θ&的重新排列。在本發(fā)明中，合成孔徑雷達(dá)的二維回波數(shù)據(jù)采用矩陣形式表示為
權(quán)利要求
1.一種用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法，其特征在于是基于現(xiàn)有的SAR信號(hào)處理器對(duì)接收到的回波信號(hào)進(jìn)行全向旁瓣抑制，具體的全向旁瓣抑制方法包括有下列處理步驟 第一步回波信號(hào)的二維轉(zhuǎn)一維 在SAR信號(hào)處理器中將合成孔徑雷達(dá)的二維回波數(shù)據(jù)E二 ftΘS重新排列為一維回波數(shù)iS E 一維回波； 所述的二維回波數(shù)據(jù)E二纟f @ μ釆用矩陣形式表示為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法，其特征在于SAR信號(hào)處理器采用全向旁瓣抑制處理后的圖像，應(yīng)用的圖像評(píng)價(jià)參數(shù)包括有方位向 能量泄漏比
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于合成孔徑雷達(dá)成像處理的全向旁瓣抑制方法，該方法首先將合成孔徑雷達(dá)獲取的二維回波信號(hào)排列為一維數(shù)據(jù)，然后確定成像平面區(qū)域位置，構(gòu)造成像平面對(duì)應(yīng)的測(cè)量矩陣，最后采用線性最小二乘方法，結(jié)合測(cè)量矩陣對(duì)一維回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了合成孔徑雷達(dá)成像結(jié)果的全向旁瓣抑制，顯著降低了能量泄漏。從而使得處理后的星載回波數(shù)據(jù)的成像結(jié)果的能量泄露最小，進(jìn)而達(dá)到抑制旁瓣的目的。本發(fā)明對(duì)目標(biāo)散射強(qiáng)度沒(méi)有特殊要求，可以對(duì)任意場(chǎng)景目標(biāo)進(jìn)行成像處理，適用范圍廣泛。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102721965SQ20121018986
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者于澤, 劉敏, 李春升, 肖鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)