[发明专利]机载探冰雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种机载探冰雷达成像方法。

背景技术

机载冰川探测雷达主要应用于极地冰川深度探测。极地冰储量和冰流向对全球水平衡和碳循环等生态系统有着重要的影响，近二十年随着人们对全球气候变暖的关注，人们把目光聚焦在对极地冰川的测量研究。其中，最有影响的就是美国航空航天局(NASA)组织的“冰桥行动”。国内外不少科研机构对极地冰川厚度进行探测，代表性的是美国堪萨斯大学、上海极地研究中心等。

地基探冰雷达由于贴地表进行测量，在速度和广度上都受到限制。机载探冰雷达能够快速对冰川进行测绘，同时利用频率较低时冰川易穿透的特点，大范围采集冰川内部分层电磁散射回波。机载探冰雷达天线采用正下视，大多采用一发多收的模式，得到多通道的电磁散射回波。通过在方位向合成孔径的预处理，可以得到初步的雷达图像。

然而，由于机载探冰雷达在跨航迹向的天线阵列数目有限，不能采用合成孔径的方式获得高分辨率。同时电磁波在冰川内部向下传播时会产生色散，导致冰层底部的回波很弱。跨航迹向的冰表面回波(非正下视)与冰层底部回波(正下视)相位历程一致时，如果不消除跨航迹向冰层表面回波，冰层底部回波就无法在雷达图像中显现出来，导致目前的机载探冰雷达分辨率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种机载探冰雷达成像方法，以提高机载探冰雷达的分辨率。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种机载探冰雷达成像方法。该机载探冰雷达成像方法包括：步骤A，对接收阵列M个通道的雷达回波数据进行方位向合成孔径处理，得到方位向合成孔径雷达数据X(L，N，M)，其中，M为接收阵列的通道个数；L，N分别为单个通道数据块的行数和列数；步骤B，对于方位向合成孔径雷达数据X(L，N，M)，取每个通道雷达回波数据中的第n列数据X(：，n，：)，对其加汉明窗，得到对应冰表面的回波数据X(a：b，n，：)，其中，n=1，2，…，N；(：)表示全部行或全部列，a，b分别表示对X(：，n，：)加汉明窗时对应的起始位置和终止位置，汉明窗长度为L_hamming；步骤C，对X(a：b，n，：)进行傅里叶变换得到频域回波数据X₁(L_fft，n，：)，对X₁(L_fft，n，：)求自相关得到M个通道第n列的自相关数据R_n(M,M)，遍历所有列数并求平均，得到雷达数据N次快拍平均相关矩阵R_average，其中，L_fft为傅里叶变换的长度，取2的整数次幂临近汉明窗长度L_hamming时对应的值；步骤D，将R_average进行矩阵特征分解并按从大到小的顺序排序，得到排序后的特征值λ和对应的特征向量ξ，对特征向量ξ归一化之后得到ρ；步骤E，对每个通道雷达回波数据中的第n列数据X(：，n，：)按列加零扩展，加零的位置位于每列的开头和结尾，加零扩展后得到X_Lapp(：，n，：)；步骤F，对X_Lapp(：，n，：)进行两次分块，并对分块后的数据加汉明窗后取傅里叶变换，得到每个距离门限域数据X_in和X_out，进而依照X_in和X_out，n从2开始到M截止，执行下式进行循环：得到距离门频域数据相关矩阵其中，n=2、……、M，当n=1时，初值为零；步骤G，将距离门频域数据相关矩阵进行对角加载得到步骤H，利用对角加载的结果求取M个通道波束合成时加权因子ω_MPQP；步骤I，获取多通道第n次快拍第x_blk块频域数据波束合成结果以及，步骤J，对求逆傅里叶变换到时域，并遍历所有方位向快怕数N和距离向采样点数L，得到多通道波束合成后的雷达数据，依据该雷达数据进行成像。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明机载探冰雷达成像方法具有以下有益效果：

(1)该方法在机载探冰雷达成像跨航迹向处理过程中，对多个通道跨航迹向雷达数据进行波束合成，从而抑制跨航迹向的杂波；

(2)该方法在波束合成过程中，利用多参数优化方式，可以控制波束干扰方向零陷水平和拓展干扰方向零陷宽度，其良好的鲁棒性可以有效削弱冰层表面跨航迹向杂波对冰层底部回部的干扰。

附图说明