[发明专利]基于多频子带并发的星载滑动聚束MIMO-SAR成像方法

摘要

本发明公开了一种基于多频子带并发的星载滑动聚束MIMO‑SAR成像方法，能够在降低雷达系统实现难度与成本的同时获得两维高分辨率、宽测绘带以及更高的信噪比。实现过程如下：（1）提出了一种通道采样位置误差校正方法。（2）提出了一种多子带方位去斜方法。既能降低信号的多普勒带宽，使其小于系统的等效PRF，又能保证方位去斜后子带信号间的距离历程差异仍然可以方便地得到补偿。（3）对传统的频域子带拼接方法进行了改进，使其既能避免距离向插值，又对系统参数没有特别的要求，具有更强的适应性。

主权项

基于多频子带并发的星载滑动聚束MIMO‑SAR成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)采用一发多收的通道方式以全孔径接收原始SAR回波信号；(2)对星载SAR回波信号进行方位带宽压缩处理和波束压缩处理；(3)对由载体卫星运动速度的缓变性带来的通道采样位置误差进行补偿，过程如下：3a)回波信号的表达：回波信号可以表示为含方位时延Δt_nm的参考信号乘以一个通道采样位置误差相位：$s_1(t,t_a,n,m)=S_1(t,t_a+{\mathrm{\&Delta;t}}_{nm},f_n)\exp (-j\frac{4{\mathrm{\&pi;f}}_n}{c}{\mathrm{\&Delta;R}}_{nm}(t_a,r\left)\right),$其中，s₁(t,t_a,n,m)为回波信号，n为发射通道标号，m为接收通道标号，S₁(t,t_a,f_n)为参考信号，c为光速，t和t_a分别表示快时间和方位慢时间，f_n为信号载频，exp为以自然对数e为底的指数函数，j为虚数单位；方位时延Δt_nm＝X_nm/v₀，其中X_nm为收发等效相位中心与参考相位中心的方位位置间隔，v₀为方位合成孔径时间内的平均卫星速度；ΔR_nm(t_a,r)为通道采样位置误差，r表示点目标的斜距；3b)构建通道采样位置误差校正函数：在距离频域，采用波束中心点目标的误差校正函数校正，校正函数为：$H_1(t_a,n,m)=\exp \left(j\frac{4\mathrm{\&pi;}(f_n+f)}{c}{\mathrm{\&Delta;R}}_{nm}\right(t_a,r_0\left)\right),$其中，f_n为信号载频，f为距离频率，t_a为方位慢时间，ΔR_nm(t_a,r₀)为通道采样参考位置，r₀为参考斜距；3c)通道采样位置空变误差补偿：在距离频域构建补偿函数，对非波束中心点目标的采样位置误差的空变部分进行校正：$H_2(t_a,n,m)=\exp \left(j\frac{4{\mathrm{\&pi;f}}_n}{c}\right({\mathrm{\&Delta;R}}_{nm}\left(t_a,r\right)-{\mathrm{\&Delta;R}}_{nm}\left(t_a,r_0\right)\left)\right),$其中，ΔR_nm(t_a,r)为通道采样位置误差，r表示点目标的斜距；(4)多频子带方位重建：通道采样位置误差校正后，需要对通道回波数据进行重建，过程如下：4a)构建多子带回波多普勒带宽压缩预处理函数：$H_3(t_a,n,m)=\exp \left(j\mathrm{\&pi;}\frac{2v^2{f}_c}{{\mathrm{cR}}_{rot}}{\left(t_a+{\mathrm{\&Delta;t}}_{nm}\right)}^2\right),$其中，Δt_nm为方位时延，f_c为信号中心载频，R_rot为滑动聚束模式的旋转中心斜距，v为卫星速度；4b)方位空域滤波，重建各子带信号的多普勒谱，建立方位空域滤波的权矢量：[w_n,1(f_a),w_n,2(f_a),...,w_n,N(f_a)]＝A^‑1，其中，矢量A＝[a_n,1(f_a),a_n,2(f_a),...,a_n,N(f_a)]^T，(·)^‑1和(·)^T分别表示矩阵的逆和矩阵转置；元素$a_{n,i}\left(f_a\right)={\&lsqb;\exp \left(j2\mathrm{\&pi;}\frac{X_{n1}}{v}\right(f_a+{\mathrm{if}}_{PRF}\left)\right),...,\exp \left(j2\mathrm{\&pi;}\frac{X_{nN}}{v}\left(f_a+{\mathrm{if}}_{PRF}\right)\right)\&rsqb;}^T,$f_a为方位频率，f_PRF为方位采样频率，‑Nf_PRF/2<f_a<‑(N‑1)f_PRF/2，w_n,i(f_a)表示分离出的对应f_a+if_PRF的信号分量；(5)频域子带拼接：在不需要上采样的条件下，对MIMO‑SAR回波进行子带拼接。构建子带频移函数：H₄(t,n)＝exp(j2πt(Δf_c,n‑K_nΔf_r))，其中，Δf_r为频率间隔，Δf_c,n为第n个子带的频移量，K_n是Δf_c,n/Δf_r的整数部分，此时，各子带中心频率相对于完整带宽信号的中心频率的间隔都为频率单元的整数倍，在频域移动各子带频谱，使其在相应的频率处进行相干叠加从而得到完整带宽信号；(6)利用全孔径滑动聚束SAR成像算法进行成像处理，得到高分辨率的聚焦结果。