線性陣列天線同時(shí)mimo-sar成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開了一種線性陣列天線同時(shí)MIMO-SAR成像系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括：線性陣列天線，包括線性發(fā)射陣列天線和線性接收陣列天線；線性陣列天線正交頻分MIMO收發(fā)裝置，產(chǎn)生多路射頻信號，將多路射頻信號同時(shí)發(fā)送至發(fā)射陣列天線；還用于同時(shí)接收來自線性接收陣列天線的多路回波信號，基于多路回波信號生成視頻回波信號；數(shù)據(jù)采集裝置，采集視頻回波信號，根據(jù)視頻回波信號生成成像回波數(shù)字信號；預(yù)處理模塊，根據(jù)固定相位偏差對成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償；成像處理模塊，對經(jīng)相位補(bǔ)償后的成像回波數(shù)字信號進(jìn)行成像。由此，能實(shí)現(xiàn)信號的同時(shí)多發(fā)多收工作方式，無需提高成像系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，有利于成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離不模糊成像和大幅寬成像。
【專利說明】線性陣列天線同時(shí)MIMO-SAR成像系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微波成像領(lǐng)域，具體地，涉及一種線性陣列天線同時(shí)MIM0-SAR(多輸 入多輸出-合成孔徑雷達(dá)）成像系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的目視、光學(xué)或紅外等措施的受地形、天氣和晝夜等因素的影響較大，不具備 全天候和全天時(shí)的工作能力，機(jī)載陣列天線前視成像系統(tǒng)不僅能夠穿透煙、霧、云層和浮塵 等，以及不受天氣和氣候影響，而且能夠?qū)︼w機(jī)前下方區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)高分辨率成像，還能為 飛機(jī)的著陸、偵察、搜救和起飛提供真實(shí)的地面信息，增強(qiáng)飛機(jī)的導(dǎo)航和運(yùn)輸救援能力；此 夕卜，采用特定工作頻段，其雷達(dá)系統(tǒng)輕量和小型化易于實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了系統(tǒng)與平臺的適應(yīng)性。
[0003] 但現(xiàn)有的機(jī)載陣列天線前視成像系統(tǒng)由于采用分時(shí)單發(fā)單收或單發(fā)多收工作方 式等效實(shí)現(xiàn)多發(fā)多收（Multi Input Multi Output,簡稱ΜΙΜΟ),進(jìn)而獲取觀測區(qū)域的回波 信號，因此，還存在較多問題需要進(jìn)一步改善。首先，同等工作條件下，分時(shí)收發(fā)工作方式需 要提高系統(tǒng)的脈沖重復(fù)頻率，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的不模糊成像距離，不利于實(shí)現(xiàn)大幅寬成像； 其次，由于平臺運(yùn)動影響，分時(shí)收發(fā)使得常規(guī)數(shù)據(jù)采集模式"走-停-走"不再成立，引起成 像處理和運(yùn)動補(bǔ)償?shù)膹?fù)雜性；最后，由于采用微波開關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分時(shí)單發(fā)單收或單發(fā)多收 工作方式，單次數(shù)據(jù)獲取時(shí)間較長，系統(tǒng)圖像刷新率相對較小。因此，迫切需要一種新型的、 能夠同時(shí)ΜΙΜΟ的微波信號收發(fā)機(jī)制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時(shí)MM0-SAR的線性陣列天線同時(shí)ΜΜ0成像-SAR 系統(tǒng)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種線性陣列天線同時(shí)MM0-SAR成像系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：所述線性陣列天線，包括用于發(fā)射射頻信號的線性發(fā)射陣列天線和用于接收回波 信號的線性接收陣列天線；線性陣列天線正交頻分MM0-SAR收發(fā)裝置，用于產(chǎn)生多路射頻 信號，并將所述多路射頻信號同時(shí)發(fā)送至所述發(fā)射陣列天線，以由所述線性發(fā)射陣列天線 同時(shí)發(fā)射；該MM0-SAR收發(fā)裝置還用于同時(shí)接收來自所述線性接收陣列天線的多路回波 信號，并基于所述多路回波信號生成視頻回波信號；數(shù)據(jù)采集裝置，用于從所述MM0-SAR 收發(fā)裝置采集所述視頻回波信號，并根據(jù)所接收到的視頻回波信號生成成像回波數(shù)字信 號；預(yù)處理模塊，用于根據(jù)固定相位偏差對所述成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償；以及成 像處理模塊，用于對經(jīng)所述相位補(bǔ)償后的成像回波數(shù)字信號進(jìn)行成像。
[0006] 優(yōu)選地，所述線性發(fā)射陣列天線中的發(fā)射天線的數(shù)量為2Ν，所述線性接收陣列天 線中的接收天線的數(shù)量為Μ ;并且，所述多路射頻信號為2Ν路射頻信號，以及所述多路回波 信號為2ΝΧΜ路回波信號，其中，2Ν > 2, Μ > 2。
[0007] 優(yōu)選地，

【權(quán)利要求】
1. 一種線性陣列天線同時(shí)MIMO-SAR成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 所述線性陣列天線，包括用于發(fā)射射頻信號的線性發(fā)射陣列天線和用于接收回波信號 的線性接收陣列天線； 線性陣列天線正交頻分MMO-SAR收發(fā)裝置，用于產(chǎn)生多路射頻信號，并將所述多路射 頻信號同時(shí)發(fā)送至所述發(fā)射陣列天線，以由所述線性發(fā)射陣列天線同時(shí)發(fā)射；該MIMO-SAR 收發(fā)裝置還用于同時(shí)接收來自所述線性接收陣列天線的多路回波信號，并基于所述多路回 波信號生成視頻回波信號； 數(shù)據(jù)采集裝置，用于從所述MMO-SAR收發(fā)裝置采集所述視頻回波信號，并根據(jù)所接收 到的視頻回波信號生成成像回波數(shù)字信號； 預(yù)處理模塊，用于根據(jù)固定相位偏差對所述成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償；以及 成像處理模塊，用于對經(jīng)所述相位補(bǔ)償后的成像回波數(shù)字信號進(jìn)行成像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線性發(fā)射陣列天線中的發(fā)射天線的 數(shù)量為2N，所述線性接收陣列天線中的接收天線的數(shù)量為M;并且，所述多路射頻信號為2N 路射頻信號，以及所述多路回波信號為2NXM路回波信號，其中，2N> 2,M> 2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，
其中，Lsyn為所述線性陣列天線的水平方向尺寸大?。弧鱅h 為所述線性發(fā)射陣列天線 中的任意相鄰獨(dú)立發(fā)射天線陣元口面中心之間的最小水平間距；以及Alh^為所述線性接 收陣列天線中的任意相鄰獨(dú)立接收天線陣元口面中心之間的最小水平間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過以下方式對所述 成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償：
AX * ⑷表示等效相位中心采樣點(diǎn) 點(diǎn)(?，凡aA)之間的距離；，凡v,,f，z0-表示第?個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線與第 個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線形成的等效相位中心采樣點(diǎn)，(xu，，z(,)表示第k個(gè)發(fā)射獨(dú)立 天線陣元天線與第個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線形成的等效相位中心采樣點(diǎn)，其中k= 1， 2，...，N，N+1，…，2N，ntr=l，2，...，N，N+1，…，2N，mre=l，...，M; fs表示采樣率； fu為第k個(gè)發(fā)射通道的射頻信號載頻信號頻率； C為電磁波傳播速度； 表示第nta個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線發(fā)射信號后經(jīng)目標(biāo)Pn反射回來后進(jìn)入第 個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線的傳播延遲時(shí)間變量； 為第個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線發(fā)射信號后經(jīng)目標(biāo)Pn反射回來后進(jìn)入第個(gè) 接收獨(dú)立天線陣元天線的傳播距離； 為系統(tǒng)合成完整信號帶寬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括：用于顯示圖像的顯示模 塊，和/或用于測量所述線性陣列天線的位置和姿態(tài)的慣性測量模塊。
6. -種線性陣列天線同時(shí)MMO-SAR成像方法，其特征在于，該方法包括： 產(chǎn)生多路射頻信號，并將所述多路射頻信號同時(shí)發(fā)送至線性陣列天線中的線性發(fā)射陣 列天線； 由所述線性發(fā)射陣列天線同時(shí)發(fā)射所述多路射頻信號； 同時(shí)接收來自所述線性陣列天線中的線性接收陣列天線的多路回波信號，并基于所述 多路回波信號生成視頻回波信號； 根據(jù)所述視頻回波信號生成成像回波數(shù)字信號； 根據(jù)固定相位偏差對所述成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償；以及 對經(jīng)所述相位補(bǔ)償后的成像回波數(shù)字信號進(jìn)行成像。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述線性發(fā)射陣列天線中的發(fā)射天線的 數(shù)量為2N，所述線性接收陣列天線中的接收天線的數(shù)量為M;并且，所述多路射頻信號為2N 路射頻信號，以及所述多路回波信號為2NXM路回波信號，其中，2N> 2,M> 2。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，
其中，Lsyn為所述線性陣列天線的水平方向尺寸大??；△Ih 為所述線性發(fā)射陣列天線 中的任意相鄰獨(dú)立發(fā)射天線陣元口面中心之間的最小水平間距；以及Alh^為所述線性接 收陣列天線中的任意相鄰獨(dú)立接收天線陣元口面中心之間的最小水平間距。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，通過以下方式對所述 成像回波數(shù)字信號進(jìn)行相位補(bǔ)償：
其中，,,k,?，見)表示經(jīng)所述相位補(bǔ)償后的成像回波數(shù)字信號； ""n- I--\n- V / W 表示第I個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線接收所對應(yīng)的成像回 波數(shù)字信號； Idf/w，《 J表示所述固定相位偏差; L nVW,- A爾' r."*」 tGw,,.，心，々）表示等效相位中心采樣點(diǎn)，凡"?".，4)到等效相位中心采樣點(diǎn) ，凡之間的距離；k，凡vv，z〇表示第ntr個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線與第mre個(gè) 接收獨(dú)立天線陣元天線形成的等效相位中心采樣點(diǎn)，表示第k個(gè)發(fā)射獨(dú)立 天線陣元天線與第個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線形成的等效相位中心采樣點(diǎn)，其中k= 1， 2，...，N，N+1，…，2N，ntr=l，2，...，N，N+1，…，2N，mre=l，...，M; fs表示采樣率； fu為第k個(gè)發(fā)射通道的射頻信號載頻信號頻率； C為電磁波傳播速度； 表示第nta個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線發(fā)射信號后經(jīng)目標(biāo)Pn反射回來后進(jìn)入第 個(gè)接收獨(dú)立天線陣元天線的傳播延遲時(shí)間變量； lIy,,為第nta個(gè)發(fā)射獨(dú)立天線陣元天線發(fā)射信號后經(jīng)目標(biāo)Pn反射回來后進(jìn)入第個(gè) 接收獨(dú)立天線陣元天線的傳播距離； 為系統(tǒng)合成完整信號帶寬。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括：顯示圖像；和/或測量所 述線性陣列天線的位置和姿態(tài)。
【文檔編號】G01S13/90GK104267401SQ201410561751
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】黃平平, 譚維賢, 洪文 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)