[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

说明书

本发明属于合成孔径雷达微波成像技术领域，具体地说，涉及一种基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置，其包括：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；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；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；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；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；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。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达微波成像技术领域，具体地说，涉及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。

背景技术

合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Ladar，SAL)是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)在激光波段的一种应用形式，也可称为激光SAR，通过发射宽带激光信号获取纵向高分辨率，通过方位运动形成的合成孔径(虚拟孔径)获取方位向高分辨率，由此形成方位向-距离向二维图像。

由于合成孔径激光雷达的波长较短，雷达和目标间方位向运动形成非常小的角度(约千分之四度，0.07mrad)就可以使合成孔径激光雷达获得0.1m的方位向分辨率图像，这使得合成孔径激光雷达在原理上可以高数据率对远距离目标进行高分辨率成像观测。激光信号相干性提高，已使合成孔径激光雷达的技术实现成为可能，其应用方向包括机载/星载合成孔径激光雷达对地成像以及地基合成孔径激光雷达对空间目标成像。在合成孔径激光雷达除方位向和距离向以外的第三维如交轨向增设孔径并形成阵列，可提高合成孔径激光雷达的交轨分辨率并实现方位向-距离向-交轨向三维成像，对地形测绘和目标识别更具有应用价值。交轨向增设孔径并形成阵列，也可作为是一种基于光学合成孔径的实孔径成像方式。

现有的成像方法中，一维稀疏天线阵列在水平与垂直方向的之字形扫描获取多个平面子阵的回波信号，并结合记录的天线坐标位置信息进行目标成像，最后对多个平面子阵的图像进行拼接得到最终的成像结果。但是，现有的成像方法中阵列需要使用到较多的天线阵元对目标场景进行扫描，存在硬件成本较大，系统体积难以控制的问题。

另外，其他现有的成像方法中，在极坐标格式下得到目标回波，在角度域与频率域，分别完成卷积与积分，得到目标的二维成像结果，高度向的分辨率通过将不同高度面上的散射信息叠加获得。但是，该成像方法存在场景边缘处目标的散焦问题。

现有的成像方法主要针对层析SAR、阵列SAR以及圆周SAR的成像方法，层析对扫描过程中基线稳定要求较高需要在对场景扫描过程中保持天线稳定，且层析SAR不具备前视成像能力，阵列SAR需要满足大尺寸线阵和采样率条件，引起成像系统高成本以及运算量大的问题；圆周SAR模式下只能对场景中心进行扫描而无法进行广域成像。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像方法，该方法针对现有的三维成像模式下成像区域有限，以及多阵列SAR的硬件成本高的问题，能够实现对观测区域的三维成像，与可见光、红外以及X射线等现有技术相比，该方法发射的步进调频超宽带信号能够实现在保证电磁波信号的穿透性的情况下，保证成像结果的高分辨率，且步进形式的信号降低了对于模数转换模块的硬件复杂度要求，无法实现广域成像。

本发明提供一种基于螺线二维扫描合成孔径雷达三维成像装置，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；