[发明专利]基于俯仰维频率脉内扫描高分宽幅SAR的波形设计方法

权利要求书

1.一种基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置输入参数：

根据SAR成像的指标要求，设置SAR成像的测绘带大小为W、距离分辨率为ρ_r、方位分辨率为ρ_a，测绘带近端入射角SAR平台的高度和速度分别为H和V；

(2)构建发射天线阵列Z：

构建包括周期性排布的N个发射天线的发射天线阵列Z＝[z₁,z₂,…,z_n,…,z_N]，每个发射天线z_n上连接有时间延迟线TTD_n，相邻发射天线之间的距离和时间延迟分别为d和τ，其中，N≥2；

(3)合成发射波形s(t,φ)：

(3a)设发射天线z₁为参考发射天线，并获取第n个发射天线z_n的延迟时间(n-1)·τ，以及发射机产生的发射信号g(t)：

其中，t表示快时间，K表示发射信号g(t)的调频率，K＝B/T_P，B和T_P分别表示发射信号g(t)的带宽和脉宽，f_c表示发射信号g(t)的中心频率；

(3b)通过(n-1)·τ和g(t)，计算发射机产生的发射信号g(t)经过TTD_n时间延迟后的时间延迟信号s_n(t)，得到时间延迟信号集合S：

S＝[s₁(t),s₂(t),…,s_n(t),…,s_N(t)]

s_n(t)＝g(t-(n-1)·τ)；

(3c)对S中的所有时间延迟信号在远场进行合成，得到目标的俯仰角为φ的发射波形s(t,φ)；

(4)提取发射波形s(t,φ)中的俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)：

计算发射波形s(t,φ)的模s_abs(t,φ)，并将s_abs(t,φ)和发射信号g(t)的商作为时-空方向图p_e(t,φ)；

(5)计算时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角φ_peak(t)：

令时-空方向图p_e(t,φ)的分母为0，求解瞬时波束指向角φ_peak(t)，即

其中，round(·)表示取整操作，0≤t≤T_P；

(6)计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

(6a)根据SAR成像的测绘带W和测绘带近端的入射角计算测绘带远端的入射角

(6b)根据SAR平台速度V和SAR成像方位分辨率ρ_a，计算发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r：

(6c)根据测绘带远端的入射角和发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r，计算俯仰维波束宽度θ_3dB：

(6d)根据俯仰维波束宽度θ_3dB，计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

其中，ceil(·)表示向上取整；

(7)计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(7a)根据距离分辨率ρ_r，确定测绘带的远端俯仰角φ_far分配的信号带宽B(φ_far)：

B(φ_far)＝2c/ρ_r；

(7b)根据测绘带的近端入射角和远端入射角确定俯仰维频率脉内扫描的波束扫描范围θ_scan：

(7c)根据波束扫描范围θ_scan，计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(8)计算发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ：

(8a)设定波束扫描范围θ_scan的起始角度和终止角度分别为θ₁和θ₂，求解时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角分别为θ₁和θ₂时的m₁和m₂：

(8b)根据给定的期望的发射信号g(t)的中心频率为f_c0，并通过假定m₁＝m₂，求解期望的时间延迟τ₀：

(8c)根据期望的时间延迟τ₀，得出m₁和m₂：

将m₁和m₂带入方程组求解出发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ；

(9)获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果：

根据计算得到的发射信号g(t)的信号带宽B和中心频率f_c，发射天线阵列Z的发射天线数量N和相邻发射天线之间的时间延迟τ，带入俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)，得到俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。