一种新的毫米波合成孔径雷达成像方法

【136】?第36卷?第9期?

2014-09(下)

一种新的毫米波合成孔径雷达成像方法

A new kind of millimeter-wave forward-looking SAR imaging method

刘 颖，陈殿仁，陈 磊

LIU Ying, CHEN Dian-ren, CHEN Lei

（长春理工大学 电子信息工程学院，长春 130022）

摘 要：研究了一种新的毫米波前视合成孔径雷达(SAR)成像算法。给出了系统的结构模型，分析了系统

成像原理，详细推导了点目标的回波模型和适用于前视成像的距离徙动（RMA）算法，最后通过MATLAB对6点目标的情况进行了成像仿真，对点目标峰值中心的64×64点切片和方位向、距离向包络进行详细分析，结果表明该系统可以有效的对雷达前视场景进行成像。

关键词：合成孔径雷达；距离徙动；成像；前视；方位向；距离向中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)09(下)-0136-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.09(下).37

收稿日期：2014-06-18

基金项目：国防装备预言项目（40405050302）；装备预研基金项目（9140A17010213Bq03003）作者简介：刘颖（1983 -），女，吉林人，博士研究生，研究方向为雷达信号处理、SAR 成像技术。0 引言

目前的机载和弹载合成孔径雷达多采用正侧视和斜视的成像模式，使得雷达只能对飞行器两侧的区域目标进行成像[1,2]。前视合成孔径成像雷达是德国宇航局提出的一种可以对雷达载机平台前方扇区场景进行有效成像的一种雷达，可广泛引用于侦查和制导领域，文献[3]中对基于CS 算法的前视成像算法进行了详细的推导，文献[4,5]研究了一种扇区增强视觉成像雷达，该雷达采用单一发射天线和多个接收天线组成的天线阵列且接收天线随慢时间在接收天线阵列上切换，等效于在方位向产生一个合成孔径，该方法发射信号和接收信号的距离历程不相同，使得成像算法变得复杂。

本文研究了一种基于毫米波收发模块阵列的前视合成孔径雷达成像算法，分析系统的工作原理，建立了系统的成像几何模型和回波信号模型。分析了该系统的方位特性，详细推导了点目标的回波模型和适用于前视成像的距离徙动算法。采用MATLAB 对6点目标的情况进行了成像仿真，并对仿真结果进行了分析，结果表明该系统可以有效的对雷达前视场景进行成像。

1 前视SAR 回波数学模型

毫米波前视合成孔径雷达成像系统几何示意

图如图1所示，雷达平台到地面高度z=H ，雷达平台沿x 轴方向(距离像)运动，雷达平台的y 轴方向上（方位向）上等间隔的分布着N 个毫米波发射接收模块，每个阵元发射和接收共用天线系统，

形成SAR 成像阵列，该阵列以雷达平台中心为中心，即y=0，在成像过程中，雷达平台以速度v r 沿x 轴运动，同时，发射接收模块沿y 轴正方向以速度a v 依次切换工作。取切换速率a v 选择为v a =d/PRT= d ×PRF ，其中d 为相邻两个天线系统的距离间隔，即切换频率选择为脉冲重复频率PRF 。载机运动速度远小于光束，在任一模块工作过程中，可以认为载机静止不动，对于地面坐标为)0,,(00y x 的P 点目标，在一次合成孔径时间内，其最短斜距R 0只随慢时间变换，而不随快时间变化[6]，即：

2

2

00)((H t v x R m r +τ+?= (1)则目标到光学系统的距离可以表示为：

202

)(m t r y y R R R ?+== (2)其中，t

?为快时间，当前工作的模块横坐标为m y ，与慢时间m t ，在一次合成孔径时间内可以近似表示m a m t v y =，即：

2

02

0)(m a t r t v y R R R ?+== (3)

图1 前视SAR 成像系统几何示意图