具有发射和接收多天线（MIMO）并使用称为压缩传感（CS）的处理技术的地基合成孔径雷达（GBSAR）

摘要

地面雷达设备，包括：至少一个主雷达单元（U），其设有至少一个发射单元（TX）和至少一个接收单元（RX）；两个带有天线固定系统的平行线性导件G1和G2；NTX天线连接到发射单元TX;NRX天线连接到RX发射单元。该雷达是MIMO（多输入多输出），其利用了称为压缩传感（CS）来作为干涉术的GBSAR（地基合成孔径雷达）进行操作。在同一雷达的另一种配置中，平行直线导件为三个，这样就可以获取同一场景的两个不同干涉图，从而可以计算出目标可能位移的两个不同分量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成孔径雷达，尤其涉及一种用于遥感目标位移的地面雷达。

背景技术

干涉式地基合成孔径雷达（SAR）（GBSAR：地基合成孔径雷达）早已为人所知，并广泛用于监测滑坡和大型结构，如Tarchi D.等人报道的“通过使用地基SAR干涉术进行滑坡监测：在Tessina（特熙纳）滑坡上的应用示例”，（第15-30页，2003年2月，第1-2期，第68卷，《工程地质》）（Tarchi D. at al. “Landslide monitoring by using ground based SARinterferometry: An example of application to the Tessina landslide”Engineering Geology, Vol. 68, no. 1-2, February 2003, pp. 15-30）。

这种雷达使用一对天线（分别进行发射和接收），它们沿着机械导件移动，以获取合成与扫描长度相等的虚拟开口的雷达图像。

基于MIMO（多输入多输出）架构的干涉式GBSAR系统也是已知的。

Tarchi D.等人报道了这种系统的一个例子，即“MIMO雷达和地基SAR成像系统：用于遥感的等效方法。” （IEEE地理科学与遥感学报，1期，第51卷，第425-435页，2013年）（Tarchi D. et. al. “MIMO radar and ground based SAR imaging systems:equivalent approaches for remote sensing.” IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, Vol. 51, no. 1, pp. 425-435, 2013）。这种雷达基于发射天线和接收天线的特定规则布置，旨在最小化旁瓣（光栅瓣）。

还已知一种称为“压缩传感”（CS）的处理技术（例如参见，Baraniuk R.G“压缩传感IEEE信号处理杂志，第24卷，第4期，第118-121页，2007年）（Baraniuk, R. G.“Compressive sensing IEEE signal processing magazine, Vol. 24, no. 4, pp.118-121, 2007））”，其应用于通过传统的GBSAR（如Zonno M.报道的“基于压缩传感的GBSAR数据聚焦”（EUSAR 2014第十届（2014年）欧洲合成孔径雷达会议，（第1-4页）的议事录）（“Zonno,M. "GBSAR data focusing based on compressive sensing.” In EUSAR 2014; 10thEuropean Conference on Synthetic Aperture Radar; Proceedings of (pp. 1-4).2014））获取的数据。

Riafeni Karlina等人也在“压缩传感通过极化SAR应用于地面成像”——地球科学与遥感研讨会（IGARSS）-2011 IEEE 国际，2011年7月24日，第2861-2864页（“Compressive Sensing applied to imaging by ground based polarimetric SAR” -Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS) - 2011 IEEE International,24 July 2011 – pages 2861-2864）描述了CS在GB-SAR系统中的应用。

如M. Sato的“ 2-D和3-D近距离SAR成像”（“2-D and 3-D near range SARimaging”）所述的，在W. Feng，L. Yi，M. Sato的“基于块稀疏性的SFCW线性稀疏阵列的近距离雷达成像” （2017年IEEE国际地球科学与遥感研讨会（IGARSS），2017年7月23日至28日，DOI：10.1109 / IGARSS.2017.8128215）（“Near range radar imaging by SFCWlinear sparse array based on block sparsity” 2017 IEEE InternationalGeoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 23-28 July 2017 DOI:10.1109/IGARSS.2017.8128215）中的天线测量与应用（CAMA）（2017年IEEE会议，第157-160e页）（Antenna Measurements & Applications (CAMA), 2017 IEEE Conference on, pp.157-160 e）所述的，CS技术最近还用于MIMO GBSAR中。

然而，该系统使用常规的天线分布并应用CS技术以减少频率数量，而不是如本专利的发明主题中那样减少天线数量。

发明目的

发明的第一目是提出一种天线数量减少的MIMO GBSAR系统，其能够克服已知类型的机械扫描GBSAR系统的缺点，加快图像的获取时间和当前MIMO GBSAR由于天线的规则间距而具有较强旁瓣的缺点。

第二个目的是提出一种能够在雷达视场中测量目标位移的两个不同分量的MIMOGBSAR系统。

发明内容

为此，根据本发明，提出了根据所附权利要求中至少一项的系统，该系统包括地基合成孔径雷达（GBSAR），其具有多发射和多接收定向天线（MIMO）的不规则分布，该MIMO使用包括CS（压缩传感）类型算法的图像处理技术。

相对于已知的MIMO GBSAR系统，本发明的第一个优点是在角度分辨率方面减少了具有相同性能的天线数量，并允许获得不受旁瓣（光栅瓣）问题影响的图像。

相对于已知的MIMO GBSAR的第二个优点是可以使用更大的并因此具有更多的定向天线。

第二个优点是基于这样的事实，即，在本发明的雷达目标的特定配置中，可以从两个不同的角度获取同一场景的两个图像，并测量视场内可能目标位移的两个不同分量。

附图说明

通过以下描述和附图，本领域技术人员将更好地理解这些和其他优点，其中：

图1示意性地示出了本发明的雷达目标。

图2示出了根据本发明的雷达，其中TX天线沿着线性导件G1布置，而RX天线沿着导件G2布置；

图3示出了图2的雷达中的采集点的布置；

图4显示了根据本发明的雷达的另一种配置。

具体实施方式

参考附图，发射和接收单元U借助于两个开关系统（也称为SPNT：单刀多掷（SinglePole N- through））SW1和SW2分别连接到N

类似地，接收开关系统可以由并行运行的N

类似地，可以像许多MIMO系统的类型一样，用N

本发明的雷达目标基于下面描述的发射（TX）和接收（RX）天线的特定分布。参考图2，TX天线沿着线性导件G1布置。RX天线沿着第二线性导件G2布置。

这两个导件是平行的。沿着这两个导件，可以将天线固定在以间距p规则排列的位置上。在本发明的优选实施例中，这种间距等于雷达波长的一半（λ/2）。在相对导件G1中，N

获取方式如下：

开启单个TX天线，并从所有RX天线中获取（同时获取或连续获取）。对所有TX天线重复此过程，从而获得N

对于这些Srxij数据中的每一个，虚拟采集点PVAij可以在TX天线的中心与RX天线的中心之间的中点关联。

所有这些点将在直线LM上，位于导件G1和导件G2之间的中间距离处（见图3）。

根据这些点在中线上的位置，构造了所谓的psi阵列（

阵列的列数K等于导件G1和G2的平均长度除以间距p的一半。行数M是任意选择的，但建议等于N

不与一对TX和RX天线的中点相对应的所有列的所有元素都设置为零。阵列的其他元素填有随机数。

如此获得的阵列用于重建（借助于已知技术CS）电场的值，该电场的值由沿着G1和G2导件之间的中线定位的K个虚拟天线获取的。

用K个虚拟天线执行的采集可以视为沿线移动的常规GBSAR的采集。合成孔径雷达（SAR）和雷达干涉术可以将已知技术应用于这些数据，以测量小位移。实际上，为了测量目标在雷达视场中的位移（甚至是毫米），通过从所有天线进行发射和接收来连续进行两次采集。然后计算两个获得的雷达图像之间的干涉图。

在同一雷达的另一种配置中（参见图4），存在三个平行的线性导件（G1、G2、G3），因此可以获取两个不同的干涉图。

使用G2上的天线作为发射端和G1上的天线作为接收端获得第一干涉图。

使用G2上的天线作为发射端和G3上的天线作为接收端获得第二干涉图。这两个干涉图提供了目标在视场中可能发生位移的两个不同分量。

本发明已经根据优选实施例进行描述。然而，在不脱离本发明范围的情况下，可以预计等效的变型。