基于弧形陣列天線的mimo-sar成像方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于弧形陣列天線的MIMO-SAR成像方法和裝置。該方法包括：對(duì)經(jīng)由弧形陣列天線接收到的回波信號(hào)進(jìn)行采樣，其中，該回波信號(hào)是由弧形陣列天線發(fā)射的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)觀測(cè)場(chǎng)景反射形成的；按照采樣角度間隔對(duì)所接收到的回波信號(hào)進(jìn)行排列，得到弧形陣列成像數(shù)據(jù)；對(duì)弧形陣列成像數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，得到距離壓縮后信號(hào)；對(duì)距離壓縮后信號(hào)進(jìn)行去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償；對(duì)經(jīng)去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償之后得到的信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到距離波數(shù)域信號(hào)；對(duì)距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干疊加成像處理，得到圖像像素值；以及基于圖像像素值生成圖像。由此，能夠擴(kuò)大微波成像區(qū)域范圍、并能夠?qū)⌒侮嚵刑炀€信號(hào)進(jìn)行有效成像處理。
【專利說(shuō)明】基于弧形陣列天線的ΜIMO-SAR成像方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波成像領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于弧形陣列天線的MM0-SAR(多 輸入多輸出-合成孔徑雷達(dá)）成像方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的目視、光學(xué)或紅外等措施的受地形、天氣和晝夜等因素的影響較大，不具備 全天候和全天時(shí)的工作能力。機(jī)載陣列天線前視成像系統(tǒng)不僅能夠穿透煙、霧、云層和浮塵 等，以及不受天氣和氣候影響，而且能夠?qū)︼w機(jī)前下方區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)高分辨率成像，還能為 飛機(jī)的著陸、偵察、搜救和起飛提供真實(shí)的地面信息，增強(qiáng)飛機(jī)的導(dǎo)航和運(yùn)輸救援能力。
[0003] 現(xiàn)有的機(jī)載陣列天線前視成像系統(tǒng)基于機(jī)載線性陣列天線前視成像機(jī)制，利用微 波開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)線性陣列合成，對(duì)飛機(jī)飛行路線前下方區(qū)域進(jìn)行高分辨成像。但由于采用 線性陣列天線和分時(shí)工作方式，使其存在較多問(wèn)題需要進(jìn)一步改善。一方面，其成像范圍主 要受限于單個(gè)天線的波束范圍，即不能實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)范圍觀測(cè)。由此，如果飛機(jī)想要觀測(cè)其周 圍區(qū)域，其需要移動(dòng)至該區(qū)域附近，并使用機(jī)載線性陣列天線進(jìn)行微波成像感知。如果飛機(jī) 在例如山區(qū)等較為復(fù)雜的環(huán)境中飛行，受障礙物限制，可能不能頻繁移動(dòng)，并且移動(dòng)存在危 險(xiǎn)性。這樣，可能就無(wú)法對(duì)所需區(qū)域進(jìn)行微波成像感知。另一方面，在線性陣列天線中，陣 列向分辨率隨著波束范圍增大而降低，也即分辨率隨目標(biāo)空間位置變化。因此，不利于機(jī)載 平臺(tái)周圍的高分辨率成像觀測(cè)。
[0004] 此外，由于弧形陣列MM0-SAR的孔徑形式為弧形，常規(guī)以地平面作為參考平臺(tái)的 BPA(Back Projection Algorithm,后向投影算法，簡(jiǎn)稱BPA)的處理精度受到限制，無(wú)法直 接對(duì)其回波信號(hào)進(jìn)行成像處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠擴(kuò)大微波成像區(qū)域范圍、并能夠?qū)⌒侮嚵?MM0-SAR回波信號(hào)進(jìn)行有效成像處理的MM0-SAR成像方法和裝置。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于弧形陣列天線的MM0-SAR成像方法，該 方法包括：對(duì)經(jīng)由所述弧形陣列天線接收到的回波信號(hào)進(jìn)行采樣，其中，該回波信號(hào)是由所 述弧形陣列天線發(fā)射的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)觀測(cè)場(chǎng)景反射形成的；按照采樣角度間隔對(duì)所接收到 的回波信號(hào)進(jìn)行排列，得到弧形陣列成像數(shù)據(jù)；對(duì)所述弧形陣列成像數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向逆傅 里葉變換，得到距離壓縮后信號(hào)；對(duì)所述距離壓縮后信號(hào)進(jìn)行去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償； 對(duì)經(jīng)所述去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償之后得到的信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到距離波數(shù) 域信號(hào)；對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干疊加成像處理，得到圖像像素值；以及基 于所述圖像像素值生成圖像。
[0007] 優(yōu)選地，對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干疊加成像處理，得到圖像像素值 的步驟包括：建立成像坐標(biāo)空間，對(duì)與所述觀測(cè)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的圖像空間進(jìn)行離散化；確定離 散化的圖像空間中各個(gè)像素對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置到所述弧形陣列天線的等效采樣點(diǎn)的距離，并 根據(jù)該距離生成匹配函數(shù)；以及基于所述距離波數(shù)域信號(hào)和所述匹配函數(shù)來(lái)確定所述圖像 像素值。
[0008] 優(yōu)選地，通過(guò)以下方式確定所述匹配函數(shù)：
[0009]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于弧形陣列天線的MIMO-SAR成像方法，其特征在于，該方法包括： 對(duì)經(jīng)由所述弧形陣列天線接收到的回波信號(hào)進(jìn)行采樣，其中，該回波信號(hào)是由所述弧 形陣列天線發(fā)射的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)觀測(cè)場(chǎng)景反射形成的； 按照采樣角度間隔對(duì)所接收到的回波信號(hào)進(jìn)行排列，得到弧形陣列成像數(shù)據(jù)； 對(duì)所述弧形陣列成像數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，得到距離壓縮后信號(hào)； 對(duì)所述距離壓縮后信號(hào)進(jìn)行去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償； 對(duì)經(jīng)所述去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償之后得到的信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到距離 波數(shù)域信號(hào)； 對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干疊加成像處理，得到圖像像素值；以及 基于所述圖像像素值生成圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干 疊加成像處理，得到圖像像素值的步驟包括： 建立成像坐標(biāo)空間，對(duì)與所述觀測(cè)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的圖像空間進(jìn)行離散化； 確定離散化的圖像空間中各個(gè)像素對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置到所述弧形陣列天線的等效采樣 點(diǎn)的距離，并根據(jù)該距離生成匹配函數(shù)；以及 基于所述距離波數(shù)域信號(hào)和所述匹配函數(shù)來(lái)確定所述圖像像素值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過(guò)以下方式確定所述匹配函數(shù)： 其中， = Kc cos Θ - ^rrnear +(nn.-l)Arr1_ xc〇s[6>min +(? - l)A^]}sin4c * Y" = Rarc Sil1 θ - + (?,r " l) Α?ΤΙ _ x sin [0min + (? -1) x Δ A ]} sin I = A。- [r;;謂.+ - 1) ] cos 其中，HM( Θ , Raix, 1? ηθ Δ Θ 〇表示所述匹配函數(shù)；1?為弧形陣列天線的高度； RaM為等效采樣點(diǎn)半徑；Κω表示距離向波數(shù)域頻率；Θ為弧形陣列天線角度方向；rr_為 弧形陣列天線觀測(cè)近距；9min為觀測(cè)場(chǎng)景區(qū)域?qū)?yīng)的最小角度；Λ rri為沿斜距向?qū)τ^測(cè)場(chǎng) 景區(qū)域的像素間隔；Λ θ Σ為沿弧形陣列方向?qū)τ^測(cè)場(chǎng)景區(qū)域的像素間隔；n"和n0表示像 素計(jì)數(shù)序號(hào)；乂"、￥"和2 11分別表示圖像I(nraArri，n0A 中第（ n"，n0)像素對(duì)應(yīng)的坐標(biāo) 位置（nraArri，n0 Λ 處對(duì)應(yīng)的目標(biāo)到弧形陣列天線的等效采樣點(diǎn)？_(0，1^。，}1(|)的沿 Χ、Υ和Ζ軸的距離；以及Φ?η。為與Ζ軸負(fù)方向的夾角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過(guò)以下方式確定所述Φ?η。： 1. f h Λ f h \ φ?η =- arcsin -- +arcsin -- 2L Vrnear) V^far )_ 其中，rrto為弧形陣列天線觀測(cè)遠(yuǎn)距。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該方法還包括：按照預(yù) 設(shè)的間隔角度、分區(qū)域顯示所生成的圖像。
6. -種基于弧形陣列天線的MMO-SAR成像裝置，其特征在于，該裝置包括： 用于對(duì)經(jīng)由所述弧形陣列天線接收到的回波信號(hào)進(jìn)行采樣的模塊，其中，該回波信號(hào) 是由所述弧形陣列天線發(fā)射的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)觀測(cè)場(chǎng)景反射形成的； 用于按照采樣角度間隔對(duì)所接收到的回波信號(hào)進(jìn)行排列，得到弧形陣列成像數(shù)據(jù)的模 塊； 用于對(duì)所述弧形陣列成像數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向逆傅里葉變換，得到距離壓縮后信號(hào)的模 塊； 用于對(duì)所述距離壓縮后信號(hào)進(jìn)行去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償?shù)哪K； 用于對(duì)經(jīng)所述去斜及剩余視頻相位補(bǔ)償之后得到的信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到 距離波數(shù)域信號(hào)的模塊； 用于對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及相干疊加成像處理，得到圖像像素值的模塊； 以及 用于基于所述圖像像素值生成圖像的模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，用于對(duì)所述距離波數(shù)域信號(hào)進(jìn)行濾波及 相干疊加成像處理，得到圖像像素值的模塊包括： 用于建立成像坐標(biāo)空間，對(duì)與所述觀測(cè)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的圖像空間進(jìn)行離散化的模塊； 用于確定離散化的圖像空間中各個(gè)像素對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置到所述弧形陣列天線的等效 采樣點(diǎn)的距離，并根據(jù)該距離生成匹配函數(shù)的模塊；以及 用于基于所述距離波數(shù)域信號(hào)和所述匹配函數(shù)來(lái)確定所述圖像像素值的模塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，通過(guò)以下方式確定所述匹配函數(shù)： = exp{-y2^|^; + y；; +Z；J} 其中， = Rarc cos Θ - ^rrnear + (?". -1)Δγγ7 _ x c〇s[6?mifl + (ηθ - l)A0j ]}sin4c * Y" = Rarc sin Θ - ^TTnear + (niT -1) Arr7 _ x sin [0mia + (?, -1) x ]}sin4C =K~ linear + (?；r ~ 1) ] C0S Φ?,ο 其中，HM( Θ，Raix, hd ηθ Δ Θ 〇表示所述匹配函數(shù)；1?為弧形陣列天線的高度； RaM為等效采樣點(diǎn)半徑；Κω表示距離向波數(shù)域頻率；Θ為弧形陣列天線角度方向；rr_為 弧形陣列天線觀測(cè)近距；emin為觀測(cè)場(chǎng)景區(qū)域?qū)?yīng)的最小角度；Λ rri為沿斜距向?qū)τ^測(cè)場(chǎng) 景區(qū)域的像素間隔；Λ θ Σ為沿弧形陣列方向?qū)τ^測(cè)場(chǎng)景區(qū)域的像素間隔；n"和n0表示像 素計(jì)數(shù)序號(hào)；乂"、￥"和2 11分別表示圖像I(nraArri，n0A 中第（ n"，n0)像素對(duì)應(yīng)的坐標(biāo) 位置（nraArri，n0 Λ 處對(duì)應(yīng)的目標(biāo)到弧形陣列天線的等效采樣點(diǎn)？_(0，1^。，}1(|)的沿 Χ、Υ和Ζ軸的距離；以及Φ?η。為與Ζ軸負(fù)方向的夾角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，通過(guò)以下方式確定所述Φ?η。： ^ 1「 ·「/? ) . ? /2〇 1 φ. - - arcsm -- +arcsin -- 2L \rrnea,·) {^far 其中，為弧形陣列天線觀測(cè)遠(yuǎn)距。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括：用于 按照預(yù)設(shè)的間隔角度、分區(qū)域顯示所生成的圖像的模塊。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104280735SQ201410561477
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】黃平平, 譚維賢, 洪文 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)