[发明专利]基于天线相位方向图补偿的圆弧孔径雷达成像方法和雷达

说明书

本发明涉及基于天线相位方向图补偿的圆弧孔径雷达成像方法和雷达。一种基于天线相位方向图补偿的圆弧孔径雷达成像方法，包括步骤：S1、获得雷达天线相位特性矩阵；S2、将圆弧孔径雷达固定在预定位置，对雷达探测区域进行成像网络剖分；S3、计算每个所述成像像素点的距离延迟、方位角与俯仰角；S4、计算得到每个像素点的相位补偿因子；S5、同时对各个所述成像像素点进行空变补偿，进而根据所述相位补偿矩阵得到当前所述圆弧合成孔径的子图像；S6、将各个所述圆弧合成孔径得到的所述子图像进行相干叠加得到最终成像。本发明是通过对形成的各个成像像素点进行相位不一致性的补偿，使Arc‑SAR的检测突破了天线3dB波束角的限制，增大了Arc‑SAR成像积累角。

技术领域

本发明涉及雷达成像领域，尤其涉及基于天线相位方向图补偿的圆弧孔径雷达成像方法和雷达。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全天时、全天候、高分辨率的成像雷达，被广泛应用在遥感领域。由于SAR图像具有相位信息，因此可以通过对SAR图像序列的干涉处理，实现对成像区域形变信息的非接触式的高精度提取。鉴于SAR系统的上述优势，它成为了地面形变监测的重要手段之一。但是传统的SAR系统多搭载在卫星和飞机等平台上，这使得雷达的重访时间很长，不能对特定目标持续监测。地基SAR(Ground BasedSAR,GBSAR)是一种小型化、低成本的SAR系统，可实现对特定区域的持续观测。它的重访周期短，监测精度高，结合干涉和差分干涉技术，可以对一个特定场景长时间连续形变监测，被广泛应用于塌陷、滑坡等灾害预警。然而，通常GBSAR都安装在直线轨道上，由于轨道长度有限，GBSAR在方位向的观测范围受到了限制。另一种在上世纪90年代初提出的旋转式合成孔径雷达(Rotor SAR,ROSAR)，通过将雷达置于旋转机械臂上，从而获得了更广的观测范围。ROSAR通常安装在直升机旋翼上，并使用脉冲形式的信号，这使得ROSAR的系统十分复杂。基于ROSAR的运动形式，一种使用调频连续波(Frequency Modulated ContinuousWave,FMCW)体制的改进的旋转式SAR在2012年被提出，并命名为圆弧SAR(Arc-SAR)。

Arc-SAR通过附在旋臂末端的天线旋转生成合成孔径，在保证系统分辨率的前提下，能够在一次观测中覆盖周边360°大范围场景。尽管近年来Arc-SAR的可行性及独特优势已经被验证，但它的成像算法研究仍存在难点：Arc-SAR的天线运动轨迹为弧线，这种特殊的运动轨迹给成像算法增加了难度。目前处理弧线运动轨迹的算法是针对圆迹SAR的，但圆迹SAR与Arc-SAR几何模型不同(圆迹SAR是围绕探测区域做弧线运动从而获取该区域的SAR图像。Arc-SAR是通过旋转天线对平台周围区域进行成像)，因此针对圆迹SAR的成像算法不适用于Arc-SAR。使用时域成像算法虽然能够得到Arc-SAR的高精度成像结果，但时域成像算法计算效率较低。2019年3月，北方工业大学林赟等人(旋转扫描地基SAR大视场快速成像算法，信号处理，第35卷，第3期)提出了一种适用于Arc-SAR的二维频率算法，成像精度与时域算法相当。