[发明专利]一种基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置，其特征在于，该成像装置包括设置在合成孔雷达上的信号发射器、机械扫描机构、天线、回波接收器、模数转换器和数据处理器；

机械扫描机构分别与信号发射器、天线、回波接收器电性连接；回波接收器与模数转换器电性连接；模数转换器与数据处理器电性连接；

所述机械扫描结构，用于同时驱动信号发射器和天线进行匀速旋转的螺线上升运动；

所述信号发射器，用于根据预先设置的采样间隔，发射不同的线性调频步进信号至待测目标场景的不同区域，对待测目标场景进行采样；

所述天线，用于接收从待测目标场景的不同区域反射回的不同的回波信号，并将其输入至回波接收器；

所述回波接收器，用于将接收的不同的回波信号输入至模数转换器；

所述模数转换器，用于将每个回波信号进行模数转换，得到多个数字信号，并将其输入至数据处理器；

所述数据处理器，用于对多个数字信号进行成像处理，得到待测目标场景的三维图像，完成三维成像。

2.根据权利要求1所述的基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置，其特征在于，所述机械扫描机构包括：驱动器和转盘；转盘上悬挂天线；驱动器安装在转盘上，并驱动转盘旋转，从而携带天线做匀速螺线上升运动，完成对待测目标场景的照射。

3.根据权利要求1所述的基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置，其特征在于，所述数据处理器包括：相位补偿模块、信号合成模块和三维成像模块；

所述相位补偿模块，用于对每个数字信号沿距离向-方位向进行频域变换后，逐个进行周期与补偿函数H₁相乘，实现对每个数字信号的方位向偏移量补偿；

其中，

H₁(f_r,f_a,z)＝exp[j×2×π×f_a(n_z-1)×Δτ_cr]

其中，H₁(f_r,f_a,z)为对数字信号的方位向偏移量补偿；f_a为方向频域；n_z为高度向采样点数；f_r为距离向频域；z为采样位置的高度向坐标；j为虚数单位；Δτ_cr为天线旋转一周经历时间对方位采样间隔取余数；

将上述数字信号沿距离向-高度向进行波束域变换后，再逐个进行方位与补偿函数H₂相乘，实现对该数字信号的高度向偏移量补偿，得到经过方位向偏移量与高度向偏移量补偿的数字信号，并将其作为三维数字信号；

其中，

其中，K_z为高度向波数域；v为是天线模块在高度向的上升速度；是方位向的采样点数；K_w为距离向波数域；

所述信号合成模块，用于对于偏移量补偿后的信号以频移量在频域内进行频谱搬移，并将各个子带回波信号的频谱进行相干相加，得到合成后的频谱宽带信号，并将合成后的频谱宽带信号与参考函数H(f_r)相乘，进行距离压缩，得到压缩后的回波信号；

其中，Δf为步进调频连续波的频率步进长度；n为子带信号序数；N为发射子带信号总数；

其中，B_n为子带带宽；γ为发射信号的调频斜率；

所述三维成像模块，用于根据匹配函数H₃，将压缩后的回波信号进行一致压缩，得到压缩后的信号：

其中，H₃(K_w,K_φ,K_z)为压缩后的信号；

其中，

其中，K_w为距离向波数域；K_φ为方位向波数域；r_a为天线旋转半径；β为待测目标位置与天线旋转半径的乘积；z_c为高度方向合成孔径的中心位置；r_c为参考位置的参考坐标；K_wmax为距离向波数域的最大值；K_wmin为距离向波数域的最小值；

其中，匹配函数是根据选取的参考位置(r_c,0,0)决定；

将压缩后的信号变换到波数域，再利用波数域成像算法和sinc函数，在波数域进行插值，对参考距离以及非参考距离处的目标实现聚焦，得到待测目标场景的三维图像，完成三维成像。