[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

说明书

本发明提出了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。旨在通过俯仰维频率脉内扫描技术来完成单通道高分宽幅SAR的波形设计。实施步骤为：设置输入参数；构建发射天线阵列；合成发射波形；提取发射波形中的俯仰维频率脉内扫描信号的时‑空方向图；计算时‑空方向图的瞬时波束指向角；计算发射天线阵列的发射天线数量；计算发射信号的信号带宽；计算发射信号的中心频率和相邻发射天线之间的时间延迟；获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。本发明通过设计发射波形，来控制合成方向图的瞬时波束指向角实现脉内波束连续扫描，利用频域滤波等效实现空域滤波完成距离模糊抑制，工程实现较为简单。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及一种高分宽幅SAR的波形设计方法，具体涉及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。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)由于具有全天时，全天候可对地面场景进行成像的特点，在军事领域和民事领域都有着广泛的应用。在一些应用场景下，如全球动态观测，地物目标分类和识别等，要求SAR具有高分宽幅的成像能力。但传统的SAR成像中，高分辨率和宽测绘带由于对脉冲重复频率PRF有相反的要求，是一对矛盾。高分辨率要求合成孔径时间长，所形成的多普勒带宽足够大，为了避免方位模糊，PRF与多普勒带宽需要满足奈奎斯特采样定理，即高的方位分辨率需要高PRF。宽测绘带成像需要满足测绘带内的所有回波可以在一个脉冲重复周期内返回来避免距离模糊。所以宽测绘带成像需要低的PRF。PRF的选择难以同时满足距离无模糊和方位无模糊的要求。传统成像模式只能在一方面满足要求，如聚束模式可以实现高分成像，但牺牲了成像幅宽，扫描模式可以实现宽幅成像，但牺牲了方位分辨率。

传统的成像模式都是单通道模式，只能在高分和宽幅之间做一个折中的选择来满足不同的应用场景。为了同时兼顾方位高分辨和距离幅宽，需要在多普勒域或距离域进行模糊抑制。国内外提出了多种基于多通道体制和数字波束形成DBF相结合的高分宽幅成像系统。利用DBF进行多普勒模糊抑制或距离模糊抑制。基于DBF的模糊抑制技术取决于独立空间的样本数量，因此接收通道数越多，模糊抑制效果越好。随着对成像性能要求的提高，多通道SAR所需的通道数越来越多，设备量大。针对这个问题，Federica Bordoni等人于2019年在IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters上发表了名称为“Multifrequency Subpulse SAR:Exploiting Chirp Bandwidth for an IncreasedCoverage”的文章，公开了一种多频子脉冲技术用于高分宽幅成像，该方法利用多子脉冲占据不同的频段来抑制距离模糊，可以不依赖于DBF技术实现高分宽幅成像。但上述方法对波束的控制是从子脉冲到子脉冲的离散波束控制，需要在子脉冲之间做快速的相位变换，在工程实现时存在困难和限制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR信号的波形设计方法，旨在实现高分宽幅成像时，可以不依赖于DBF技术实现距离模糊抑制，并且是脉内波束连续扫描，工程实现较为简单。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(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)：