合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法
【專利摘要】本發明是一種合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，該方法包括步驟如下：步驟S1：構建帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型，獲得子帶串擾對成像性能影響的信息；步驟S2：對帶有串擾的子帶信號進行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應模型的仿真結果，用以驗證距離向脈沖響應模型的正確性，并構建子帶交疊度與假目標幅度的關系曲線；步驟S3：利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收實測數據，并對模擬的多子帶多發多收實測數據成像，用以驗證子帶串擾對模擬的多子帶多發多收實測數據成像性能影響的信息。
【專利說明】合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于多發多收多子帶合成孔徑雷達【技術領域】，涉及多發多收合成孔徑雷達的信號串擾問題，尤其涉及一種采用步進頻線性調頻信號的多發多收合成孔徑雷達中的子帶信號串擾的分析方法。
【背景技術】
[0002]近年來實現二維高分辨率寬測繪帶成為星載合成孔徑雷達追求的首要目標。方位向分辨率與測繪帶寬的矛盾可以由方位向單發多收(SIMO)技術(多通道技術)解決。而距離向高分辨率的實現需要發射大帶寬信號，大帶寬信號的發射和接收對硬件的要求很高。當硬件水平不能達到要求時，可發射多個步進頻的線性調頻信號，接收和解調后在地面合成寬帶信號。為了不抵消掉方位向多通道技術實現的等效脈沖重復頻率的提高，采用多發多收(MIMO)的天線結構，其中每個孔徑同時發射不同載頻的子帶信號。由于各個子帶同時發射和接收，如果子帶頻譜不能完全分離開，將會引起子帶間的串擾，可見子帶串擾是由子帶信號頻譜的交疊造成的。由于截斷線性調頻信號頻譜的吉布斯效應，信號帶寬外仍存在較小的頻譜分量，故即使發射信號帶寬等于載頻間隔(理論上無交疊)，仍存在子帶串擾。
[0003]子帶串擾問題是多發多收多子帶合成孔徑雷達面臨的主要問題。串擾對成像性能的影響分析至關重要，它能為發射信號頻譜交疊度的選擇提供依據，也能為后期的目標檢測提供先驗知識。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]有鑒于此，本發明的主要目的在于從數學推導、仿真實驗和實測數據實驗三方面得出子帶串擾對多發多收多子帶合成孔徑雷達成像性能的影響特征，為此提供一種合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為達到上述目的，本發明的多發多收多子帶合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法包括步驟如下:
[0008]步驟S1:構建帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型，獲得子帶串擾對成像性能影響的信息；
[0009]步驟S2:對帶有串擾的子帶信號進行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應模型的仿真結果，用以驗證距離向脈沖響應模型的正確性，并構建子帶交疊度與假目標幅度的關系曲線；
[0010]步驟S3:利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收實測數據，并對模擬的多子帶多發多收實測數據成像，用以驗證子帶串擾對模擬的多子帶多發多收實測數據成像性能影響的信息。
[0011](三)有益效果[0012]本發明公開了多發多收多子帶合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能的影響分析結果，構建了帶有串擾的子帶回波子帶合成后的脈沖響應模型；對該模型進行仿真實驗，得到交疊度與子帶串擾造成的假目標幅度的關系曲線；利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收模式，并對其成像，驗證了子帶串擾對實測數據成像性能的影響。
[0013]本發明構建了帶有子帶串擾的距離向脈沖響應函數，得知子帶交疊度越大，串擾的影響越大，脈沖響應函數中的假目標幅度越大，同時計算出了假目標的具體位置；仿真實驗考慮了信號頻譜的吉布斯效應，給出不同帶寬下交疊度與假目標幅度的關系曲線；實測數據實驗給出了 31.5MHz子帶帶寬下,子帶交疊5%和子帶無交疊(仍存在吉布斯效應造成的子帶串擾)時的成像結果，進一步驗證了子帶串擾對實測數據成像性能的影響。本發明為多子帶并發模式的子帶交疊度選擇提供了依據，同時發明中假目標位置的確定也為后期目標檢測提供了先驗知識。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1a為本發明完整構思的流程圖；
[0015]圖1b為本發明中多發多收多子帶模式下的兩發四收幾何模型和收發時序圖；
[0016]圖2為本發明中有子帶交疊時的回波分離示意圖；
[0017]圖3為本發明中無子帶交疊時的回波分離示意圖；
[0018]圖4a為本發明中不同交疊度下，子帶合成后的脈沖壓縮結果原圖；
[0019]圖4b為本發明中不同交疊度下，子帶合成后的脈沖壓縮結果中真實目標的放大圖；
[0020]圖5為本發明中不同合成帶寬下，子帶交疊度與假目標幅度的關系曲線；
[0021]圖6為本發明中各個處理步驟后的等效相位中心分布示意圖；
[0022]圖7為本發明中多發多收多子帶合成孔徑雷達的成像處理框圖；
[0023]圖8為本發明中子帶交疊5%時的實測數據成像結果；
[0024]圖9為本發明中子帶交疊0% (即只考慮吉布斯效應引起的串擾)時的實測數據成像結果。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0026]圖1a為本發明對多發多收多子帶合成孔徑雷達中子帶串擾的分析方法的流程圖；該方法包括步驟如下:
[0027]步驟S1:構建帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型，獲得子帶串擾對成像性能影響的信息；
[0028]步驟S2:對帶有串擾的子帶信號進行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應模型的仿真結果，用以驗證距離向脈沖響應模型的正確性，并構建子帶交疊度與假目標幅度的關系曲線；
[0029]步驟S3:利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收實測數據，并對模擬的多子帶多發多收實測數據成像，用以驗證子帶串擾對模擬的多子帶多發多收實測數據成像性能影響的信息。
[0030]步驟SI中，構建距離向脈沖響應模型的步驟如下:
[0031]步驟Sll:根據串擾的頻譜分量，得出帶有串擾的子帶信號頻譜；
[0032]步驟S12:對帶有串擾的子帶信號頻譜在距離向匹配濾波，獲得距離壓縮后的子帶信號頻譜；
[0033]步驟S13:對子帶信號頻譜在距離頻域補零，獲得距離向升采樣的子帶信號頻譜；
[0034]步驟S14:對子帶信號頻譜做逆傅里葉變換，獲得時域子帶信號，對時域子帶信號乘以對應的頻移函數，獲得頻移后的時域子帶信號；
[0035]步驟S15:將頻移后的時域子帶信號相干疊加，獲得帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型。
[0036]圖1b為本發明中多發多收多子帶模式下的兩發四收幾何模型和收發時序圖。圖1b中打為軌道高度，Vs為平臺運動速度。發射時，子孔徑I發射子帶1，子孔徑2發射子帶
2;接收時，每個子孔徑同時接收兩個子帶回波。則每次發射接收可形成四個等效相位中心，子帶I對應的等效相位中心位置如圖1b中①所示，子帶2對應的等效相位中心位置如圖1b中②所示。
[0037]有子帶交疊時的回波分離示意圖如圖2所示，以得到子帶I的基帶回波信號為例，將接收到的回波信號用子帶I的載頻fi解調，則子帶I的中心頻率變為0，子帶2的中心頻率變為其中f2為子帶2的載頻；再經過一個模擬低通濾波器(其帶寬大于信號帶寬)，如圖中梯形所示；再經過AD采樣并壓縮后傳到地面；對讀取的基帶回波信號在數字域截頻，數字截頻濾波器如圖中矩形框所示。截頻濾波器的使用既可以將串擾的影響控制到最小，又可以使無串擾的合成頻譜幅度連續。由于三子帶或更多子帶問的串擾分析與兩子帶情況類似，本發明只給出兩子帶問的串擾分析方法。
[0038]考慮兩子帶的情況，理論上，帶有串擾后的子帶I基帶信號頻譜為:
[0039]
【權利要求】
1.合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，該方法包括步驟如下: 步驟S1:構建帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型，獲得子帶串擾對成像性能影響的信息； 步驟S2:對帶有串擾的子帶信號進行子帶合成仿真分析處理，獲得距離向脈沖響應模型的仿真結果，用以驗證距離向脈沖響應模型的正確性，并構建子帶交疊度與假目標幅度的關系曲線； 步驟S3:利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收實測數據，并對模擬的多子帶多發多收實測數據成像，用以驗證子帶串擾對模擬的多子帶多發多收實測數據成像性能影響的信息。
2.根據權利要求1所述合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，構建距離向脈沖響應模型的步驟如下: 步驟Sll:根據串擾的頻譜分量，得出帶有串擾的子帶信號頻譜； 步驟S12:對帶有串擾的子帶信號頻譜在距離向匹配濾波，獲得距離壓縮后的子帶信號頻譜； 步驟S13:對子帶信號頻譜在距離頻域補零，獲得距離向升采樣的子帶信號頻譜； 步驟S14:對子帶信號頻譜做逆傅里葉變換，獲得時域子帶信號，對時域子帶信號乘以對應的頻移函數，獲得頻移后的時域子帶信號； 步驟S15:將頻移后的時域子帶信號相干疊加，獲得帶有串擾的子帶信號合成后的距離向脈沖響應模型。
3.根據權利要求1所述合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述距離向脈沖響應模型表示如下:
4.根據權利要求1所述合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述子帶合成仿真分析處理的步驟包括: 步驟S21:根據信號頻譜的吉布斯效應，構建帶有串擾的兩子帶基帶脈沖信號；步驟S22:對兩子帶基帶脈沖信號進行子帶合成，檢測子帶合成信號中的假目標，獲得假目標的幅度； 步驟S23:改變兩子帶基帶脈沖信號的子帶帶寬和頻譜交疊度，獲得不同帶寬、不同交疊度下的假目標幅度； 步驟S24:繪出假目標幅度與頻譜交疊度的關系曲線，得到的關系曲線示出:子帶帶寬越大，吉布斯效應引起的假目標幅度越小；子帶頻譜的交疊度越大，假目標幅度越大，由此得到的假目標幅度與脈沖響應模型中的假目標幅度越接近。
5.根據權利要求1所述合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，所述利用多子帶單發單收實測數據模擬多子帶多發多收實測數據的步驟如下: 步驟S31:對一個子帶數據進行不同的方位延時，對方位延時后的子帶數據降采樣，獲得這個子帶的一發多收數據； 步驟S32:對其它的子帶數據進行不同的方位延時，對方位延時后的子帶數據降采樣，獲得其它子帶的一發多收數據； 步驟S33:結合所有子帶的一發多收數據，并加入串擾頻譜分量，獲得模擬的多子帶多發多收實測數據； 步驟S34:對模擬的多子帶多發多收實測數據進行成像，獲得帶有串擾的實測數據圖像。
6.根據權利要求1所述合成孔徑雷達中子帶串擾對成像性能影響的分析方法，其特征在于，對模擬的多子帶多發多收實測數據成像的步驟包括: 步驟S3a:對單個子帶的一發多收數據進行多通道重建，獲得單子帶的方位向均勻分布數據； 步驟S3b:對齊各子帶方位向均勻分布數據的等效相位中心； 步驟S3c:對等效相位中心對齊后的子帶數據進行子帶合成，得到子帶合成后的數據；步驟S3d:對子帶合成數據進行常規成像，獲得子帶串擾對模擬的多子帶多發多收實測數據成像性能影響的信息。
【文檔編號】G01S7/41GK103760545SQ201410019949
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】羅繡蓮, 鄧云凱, 王宇, 徐偉, 郭磊, 王偉, 陳倩, 馮錦 申請人:中國科學院電子學研究所
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