[发明专利]一种基于完全互补序列的多通道合成孔径雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于完全互补序列的多通道合成孔径雷达成像方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种利用微波雷达进行对地观测的设备，具有全天时、全天候观测能力的对地观测系统。当前，提升图像质量和提高SAR的对地观测能力是当前SAR系统发展所追求的重要目标。然而传统体制的SAR系统存在以下两个方面的缺点。一方面，传统体制的SAR系统采用线性调频信号作为雷达发射信号，由于线性调频信号的固有特点，导致最终的图像会受到较强的旁瓣干扰，影响图像质量。实际成像中，经常采用频域加权法来抑制旁瓣，其缺点是降低了图像分辨率。另一方面，由于传统体制的SAR系统，特别是星载SAR系统，存在图像分辨率和观测带宽度的固有矛盾，在提高图像分辨率的同时，观测带宽度将受到损失，导致对地观测能力受到严重制约。

针对传统体制SAR系统的第一个方面的缺点，近年来，相继有人提出采用除线性调频信号以外其他形式的信号波形作为雷达发射信号，以降低距离向峰值旁瓣比，提高图像信噪比。对相位编码信号的研究是其中的研究热点之一。由于相位编码信号比较容易产生和处理，所以经常作为雷达的脉冲压缩信号。

完全互补序列属于相位编码的范畴，由于其良好的相关函数在通信系统中获得了广泛的应用。对互补序列的研究始于20世纪60年代，Golay等研究了一些二进制互补序列对，这些互补对的自相关函数值在所有的偶数移位时都为零。Peter等人将一维互补码扩展到二维二相、四相正交完全互补码，对每一维信号的相关特性进行理论性的推导。关于互补码作为雷达信号，也有相关文献进行了分析：A.K.Ojha对互补码在噪声和目标波动情况下的性能进行了研究，将互补序列的性能与伪随机序列的性能进行了比较，并对正交采样的互补码的稳健性进行分析，得出分辨率与序列个数以及码元长度的关系。Z.Peter等利用普罗米修斯正交集技术构造了一类互补序列，对其模糊特性进行了分析。Suehiro将互补码的概念进行了推广，提出了自相关函数值在非零移位都为零，而互相关函数值也都为零的完全互补序列。因此，可以将完全互补序列作为雷达发射信号，以获得距离向超低旁瓣。

针对传统体制SAR系统的第二个方面的缺点，国际上一般提出多通道体制(单发多收体制)来予以解决。根据耐奎斯特采样定理，提高分辨率的同时要求方位向信号采样率也相应提高，在传统体制SAR中，脉冲重复频率就是方位向信号采样率。而脉冲重复频率的提高意味着观测带宽度的降低，所以在传统体制SAR中，高分辨率和宽观测带是一对固有的矛盾。通过将雷达天线划分为多个接收子天线，利用多个子天线同时接收雷达回波信号，利用时空等效原理来提高方位向信号等效采样率，进而在不降低观测带宽度的前提下，提高方位分辨率。另有文献针对多通道回波信号存在方位向非均匀采样的特点，提出方位频谱重构的方法，消除方位向非均匀采样，将多通道信号等效为传统条带信号，然后用常规的成像处理算法进行处理。

目前关于完全互补序列在合成孔径雷达中的应用，特别是将完全互补序列和多通道雷达结合的应用还鲜有文献介绍。由于完全互补序列由两个互补相位信号序列构成，需要首先对这两个互补相位信号序列的雷达回波信号分别进行距离向匹配滤波，再对它们进行求和以完成距离向脉冲压缩。而两个序列必须在相邻的脉冲重复周期由雷达交替发射，导致各自的方位向相位不同，破坏了完全互补序列匹配滤波之和无旁瓣的特性。因此，必须先对方位向相位进行补偿。然而，由于采用多通道体制，各通道接收的信号在方位频域是混叠的，无法直接补偿方位向相位，进而无法完成成像过程中的距离压缩。这些缺点都限制了完全互补序列在多通道合成孔径雷达中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决完全互补序列在多通道合成孔径雷达成像系统应用中的瓶颈技术问题，提出一种基于完全互补序列的多通道合成孔径雷达成像方法，利用方位频谱重构技术，结合完全互补序列的发射规律，解决了基于完全互补序列的合成孔径雷达回波信号的距离压缩难题；再结合多通道技术可以实现宽观测带的优点，进一步实现合成孔径雷达高分辨率宽观测带、距离向超低旁瓣成像新体制。该方法能够提高合成孔径雷达的图像质量，并能同时提高图像分辨率和观测带宽度，获得高分辨率、宽观测带、超低距离旁瓣干扰图像。

一种基于完全互补序列的合成孔径雷达高分辨率、超低距离向旁瓣成像方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将基于完全互补序列的各通道回波数据分成单独以两个互补序列作为雷达发射信号得到的回波数据；

第i个通道的回波数据C⁽ⁱ⁾经分离后分别为二维复数组和大小为(X/2)×Y；