[发明专利]方位多波束合成孔径雷达非均匀频谱重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非均匀采样信号频谱重构成均匀采样信号频谱的重构方法，具体地说，是涉及一种方位多波束合成孔径雷达非均匀频谱重构方法。

(建议：本发明属于合成孔径雷达(SAR)信号处理领域，它特别适用于单平台方位多波束SAR中由于脉冲重复频率或平台飞行速度等发生变化造成方位向回波信号周期性非均匀采样的情况。)(此处只需描述本技术直接涉及到的问题，本技术解决的问题是将非均匀采样频谱重建为均匀采样频谱，因此此处只需说明本发明涉及一种重建方法，合成孔径雷达信号处理是本技术应用的领域，而非本技术直接涉及的领域)

背景技术

高分辨率和宽测绘带是SAR成像系统的两个重要指标。高分辨率意味着能获取更多的目标信息，据统计数据显示，分辨率高达0.3m乃至0.1m的SAR图像对于发现、识别、确认和详细描述雷达、通信设备、战术导弹等军事目标具有重要意义；宽测绘带意味着雷达成像的测绘带宽更大，这对大范围的目标监视和军事侦察具有非常重要的作用。然而，对于传统的SAR成像系统而言，方位向高分辨率与宽测绘带之间存在矛盾。

为解决此矛盾，国外学者提出了单平台的方位多波束技术。它是将雷达天线沿方位向划分为多个子天线，通过空间维采样率的增加来获取时间维采样的降低，在实现宽测绘带的同时，提高方位向分辨率。根据单平台方位多波束SAR的理论模型，天线间距、平台飞行速度和脉冲重复频率之间需满足一定关系，才能使方位向回波的等效相位中心呈均匀分布。然而，在实际过程中，由于各种因素的影响，方位向回波信号的采样呈现近似周期性非均匀的特点。在这种情况下，要实现方位向回波信号的均匀采样，需要对周期性非均匀采样信号的频谱进行重构。

目前，周期性非均匀采样信号频谱重构的方法较多，主要有时域重构法、Spectra-fit法、频域重构法和分数阶傅立叶变换的重构方法。时域重构法和Spectra-fit法简单且易于实现，但计算量很大，对实时雷达系统来说是很难满足要求的。频域重构法的算法较复杂，但运算效率明显优于时域重构法和Spectra-fit法。而分数阶傅立叶变换已经被证明在量子物理、光学和非平稳信号处理中是最佳的理论和方法，特别适用于线性调频信号的处理。与频域重构法相比，分数阶傅立叶变换重构算法的一个优点是：傅立叶域的非带限信号在分数阶傅立叶域被赋予一个特定角度值后可能是带限信号，同时，带限信号的处理可以通过分数阶傅立叶变换得到一个理想的值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方位多波束合成孔径雷达非均匀频谱重构方法，将方位向回波信号的非均匀采样信号频谱重建为均匀采样信号频谱；并实现方位多波束SAR的聚焦成像，提高成像质量，降低虚假目标出现的几率，减小方位向非均匀采样对SAR成像的影响。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

方位多波束合成孔径雷达非均匀频谱重构方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立周期性非均匀采样回波信号模型；(2)以FrFT频谱重构理论为基础推导出方位向多波束SAR非均匀采样信号的频谱重构算法；(3)设定非均匀采样参数，并将非均匀采样信号频谱重建为均匀采样信号频谱；(4)采用CS算法对均匀采样信号频谱进行成像，实现方位多波束SAR的二维聚焦成像。

所述步骤(1)中，将雷达天线沿方位向划分为M个子天线，且每个子天线的方位向相同、距离向尺寸相等，则第m个子天线接收到的回波信号经过去载波、正交调解后为：