[发明专利]滑动式弧形阵列微波成像方法

权利要求书

1.一种滑动式弧形阵列微波成像方法，包括：

获取搭载微波成像系统的空中平台飞行的位置信息；

基于所述空中平台的飞行参数和所述微波成像系统的参数设置所述空中平台的滑动间距；

至少根据所述滑动间距，对目标场景进行扫描；

收集所述目标场景响应于所述扫描的散射回波；

基于所述散射回波，进行成像；

所述滑动式弧形阵列微波成像方法具体包括以下步骤：

S1在所述空中平台搭载微波成像系统和惯性导航测量系统进行飞行时，通过所述惯性导航测量系统获得所述空中平台在空中的当前位置信息；

S2根据所述空中平台的飞行姿态和所述微波成像系统的参数，在所述微波成像系统中设置所述空中平台的滑动间距；其中，

在步骤S2中，设置所述空中平台的滑动间距包括以下步骤：

S21根据所述空中平台的飞行姿态和所述微波成像系统的参数计算成像观测最远地距和成像观测最近地距；其中，

所述成像观测最远地距的表达式为：

所述成像观测最近地距的表达式为：

其中，r_max为成像观测最远地距，r_min为成像观测最近地距，φ_in为弧形接收阵列天线或弧形发射阵列天线的入射角，φ_-3dB为弧形接收阵列天线或弧形发射阵列天线的俯仰向-3dB波束宽度，H为飞行平台的高度，R_arc为所述弧形阵列的半径；

S22根据所述成像观测最远地距和所述成像观测最近地距，设置相邻的每两次在瞬时环状扫描时形成的弧形阵列的中心滑动间距，获得所述空中平台的滑动间距；

S3根据所述当前位置信息和所述滑动间距，通过所述微波成像系统中的微波开关网络控制所述微波成像系统中的弧形接收阵列天线的接收天线阵元与弧形发射阵列天线的发射天线阵元之间的切换，实现对地面场景进行瞬时环状扫描；

S4通过所述微波开关网络控制所述接收天线阵元接收并存储通过所述瞬时环状扫描获得的所述地面场景的散射回波；

S5对所述散射回波进行成像处理以获得所述空中平台的周围的所述地面场景的微波图像；其中，所述对所述散射回波进行成像处理包括以下步骤：

S51将所述散射回波通过所述微波成像系统中的混频器进行混频处理，获得混频回波信号；其中，

当微波成像系统采用调频连续波工作方式时，弧形阵列天线辐射的微波信号经过观测区域反射，由弧形接收阵列天线进行接收，并经过微波成像系统的混频器，其接收信号可以表达为：

当微波成像系统采用线性调频脉冲工作方式时，弧形阵列天线辐射的微波信号经过观测区域反射，由弧形接收阵列天线进行接收，并经过微波成像系统的混频器，其接收信号可以表达为：

其中，S_re(t,x,y,z)为弧形接收阵列天线所接收的信号，δ_n(x_n,y_n,z_n)为观测场景中目标P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系数，R_n表示位于坐标为(x,y,z)处的弧形阵列等效采样点与P_n(x_n,y_n,z_n)之间的距离，坐标(x,y,z)为空中平台在匀速直线运动时的弧形阵列天线等效采样点的坐标位置，C表示电磁波传播速度，具体公式为：

S52将所述混频回波信号沿所述散射回波的距离向进行傅里叶变换，以获得距离频域的回波信号S_{FT_re}(R_n,x,y,z)；其中，距离频域的回波信号S_{FT_re}(R_n,x,y,z)的表达式为：

其中，S_{FT_re}(R_n,x,y,z)表示距离频域的回波信号，δ_n(x_n,y_n,z_n)为观测场景中目标P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系数，FT_t表示沿距离向时间变量t进行傅里叶变换，R_n表示位于坐标(x,y,z)处的弧形阵列等效采样点与目标P_n(x_n,y_n,z_n)之间的距离；

S53将所述距离频域的回波信号通过匹配滤波获得滤波后的距离频域信号；其中，所使用的滤波函数H(f_r)为：

H(f_r)＝exp{jπK_rt²}；

其中，K_r为信号的调频率；

距离频域的回波信号经滤波匹配后得到的滤波后的距离频域信号S_{FT_rc}(R_n,x,y,z)表达式为：

其中，S_{FT_re}(R_n,x,y,z)表示距离频域的回波信号，H(f_r)为滤波函数，δ_n(x_n,y_n,z_n)为观测场景中目标P_n(x_n,y_n,z_n)的散射系数，f_c为雷达工作中心频率，R_n表示位于坐标(x,y,z)处的弧形阵列等效采样点与目标P_n(x_n,y_n,z_n)之间的距离；

S54对所述滤波后的距离频域信号进行相干叠加，获得所述地面场景的微波图像。