[发明专利]一种基于空时采样方法的宽幅星载SAR系统

说明书

本发明公开了一种基于空时采样方法的宽幅星载SAR系统，宽幅SAR系统是由Q个子测绘带拼接而成的，对应于每一个子测绘带上会有一个空时采样矩阵；第一方面对任意一个空时采样矩阵进行计算其最大互相关系数，再对最大互相关系数求系数均值；第二方面，根据一维高斯分布对空时采样矩阵进行调整，得到最优空时采样矩阵组；第三方面，将最优空时采样矩阵组赋给子测绘带；第四方面，为了避免星载SAR系统中发射脉冲遮挡，通过添加斜视角使每个子带工作在斜视状态，保证每个子测绘带的回波时延相同，以实现每个子测绘带的回波被完整接收，最终得到能够保证分辨率的情况下增大观测带宽度的宽幅SAR系统。本发明通过用低于奈奎斯特采样频次的采样率，改善了传统SAR系统不能同时实现高分辨率和宽测绘带的问题。

技术领域

本发明涉及一种星载SAR系统，更特别地说，是指一种基于空时采样方法的宽幅星载SAR系统。

背景技术

星载SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)是一种具有全天候、全天时的能力的成像系统，不受云、雨、雾、黑夜等自然条件的限制，在军事领域、地形测绘等许多领域有广泛的应用价值。星载SAR系统原始回波信号的模拟对SAR系统设计、成像算法研究等有重要意义。

1999年10月哈尔滨工业大学出版社出版、刘永坦编著的《雷达成像技术》指出，合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)安装在运动平台上，按照一定的重复频率发射、接收脉冲，形成回波信号。SAR系统的结构框图如图1所示，SAR系统包括有星上雷达系统、卫星平台及数据下传系统和地面系统三部分，对合成孔径雷达成像处理是在地面系统中完成的。地面系统通过地面接收站接收卫星平台及数据下传系统下发的回波信号，该回波信号经SAR信号处理器进行成像处理，获得SAR图像；所述SAR图像存储于备档操作系统中。

宽幅(wide swath)是指宽测绘带。高分辨率和宽测绘带是星载SAR系统的两个关键指标，它决定了成像质量和观测效率。SAR系统的发射机以某一脉冲重复频率发射脉冲信号，从目标区域接收回波。对于传统的SAR成像，脉冲重复频率应该满足奈奎斯特采样定律，大于瞬时多普勒带宽。否则，将会导致方位向频谱混叠，产生严重的距离模糊。另外，一个回波必须在一个脉冲重复周期内完全接收，所以幅宽的增加将会导致传统SAR系统分辨率的降低。

星载扫描合成孔径雷达(ScanSAR,Scan Synthetic Aperture Radar)在积累时间内改变其观测视角，而且能够大大扩展它一次通过观测地区时的观测带宽度。相应地，每个子测绘带上的积累时间减少，分辨率降低。为了改善ScanSAR系统中的扇贝效应，在2006年9月，Zan等人在发表的文章《TOPSAR:Terrain observation by progressive scans》中提出地形步进观测扫描模式(TOPSAR，Terrain observation by progressive scans)，同样地每个子测绘带上的积累时间减少，导致分辨率的降低。为避免这个问题，在2002年4月，N.Goodman等人在发表的文章《Processing of multiple-receiver spaceborne arraysfor wide-area SAR》中提出多通道系统，其中一个通道发射脉冲，多个通道同时接收回波，提供了更多的空间采样，以实现宽测绘带的目的。但是多通道模式的等效脉冲重复频率仍然满足奈奎斯特采样定理，并且多通道系统较为复杂。

本发明将突破奈奎斯特采样定理，提出一种空时采样数据获取方法实现单通道宽幅SAR系统，该系统在保证分辨率的前提下，增大了测绘带宽度。

发明内容

为了实现在保证分辨率的情况下增大SAR系统的宽测绘带的目的，本发明提出一种可用于合成孔径雷达系统方位向上的基于空时采样方法的宽幅星载SAR系统。本发明系统通过用低于奈奎斯特采样频次的采样率，改善了传统SAR系统不能同时实现高分辨率和宽测绘带的问题。

本发明的一种基于空时采样方法的宽幅星载SAR系统的构建包括有下列六个步骤：