一種基于完全互補(bǔ)序列和相位補(bǔ)償?shù)膍imo sar成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種正交MM0雷達(dá)中基于完全互補(bǔ)序列和 相位補(bǔ)償方法的MIMOSAR成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（61401407)的資助。多輸入多輸出 (MIMO,Multiple-InputMultiple-Output)技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域于20世紀(jì)90年代由貝爾 實(shí)驗(yàn)室首先發(fā)明，MIM0無(wú)線(xiàn)通信分為利用空時(shí)編碼提高信噪比的技術(shù)和多天線(xiàn)同時(shí)發(fā)送不 同信息提高傳輸速率的技術(shù)兩種主要方式。隨著MM0通信系統(tǒng)的研宄，人們又提出了MM0 雷達(dá)的概念。
[0003] 正交MIM0雷達(dá)的概念最先由林肯實(shí)驗(yàn)室提出，正交MIM0雷達(dá)在發(fā)射端發(fā)射相互 正交的波形，與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)相比，在寬搜索波束形成、低截獲概率（LPI)、雜波抑制等方 面具有很好的優(yōu)勢(shì)。
[0004] 正交MM0雷達(dá)具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)就受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，對(duì) 于正交MM0雷達(dá)這一新體制雷達(dá)，由于各發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射相互正交的波形集，接收端通過(guò)匹 配濾波處理來(lái)恢復(fù)各個(gè)發(fā)射信號(hào)分量，因此發(fā)射信號(hào)的設(shè)計(jì)直接影響了MM0雷達(dá)的系統(tǒng) 性能。為了抑制干擾以及提高多目標(biāo)分辨率，要求發(fā)射信號(hào)之間具有優(yōu)良的相關(guān)函數(shù)，最好 滿(mǎn)足完全正交，即非周期自相關(guān)函數(shù)旁瓣為零和非周期互相關(guān)函數(shù)主瓣和旁瓣均為零。目 前MM0雷達(dá)主要采用正交多相碼和正交頻率編碼，雖然上述兩類(lèi)編碼的相關(guān)函數(shù)具有較 低的旁瓣性能，但仍然不能滿(mǎn)足發(fā)射信號(hào)之間的完全正交。理論研宄表明，在傳統(tǒng)單碼領(lǐng)域 滿(mǎn)足完全正交的序列是不存在的。由于完全互補(bǔ)序列由多個(gè)子序列組成，并且子序列之間 是正交的關(guān)系，正好與正交MM0雷達(dá)要求的多信號(hào)與正交性吻合，因而完全互補(bǔ)序列的出 現(xiàn)為MM0雷達(dá)信號(hào)的選擇開(kāi)辟了一條新的研宄方向，由于MM0系統(tǒng)中接收端由于多徑效 應(yīng)會(huì)造成一定的相位偏移，對(duì)相位的補(bǔ)償也需要進(jìn)行處理。
[0005] 合成孔徑雷達(dá)（SAR，SyntheticApertureRadar)是一種高分辨率成像雷達(dá)，SAR 主動(dòng)發(fā)射電磁波，并接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)處理過(guò)程實(shí)現(xiàn)成像，具有全 天時(shí)、全天候工作的能力。目前高分辨率寬測(cè)繪帶一直是星載SAR所追求的目標(biāo)。由于傳統(tǒng) 單通道星載SAR的方位分辨率和測(cè)繪帶寬度這兩個(gè)指標(biāo)相互矛盾并相互制約，為克服這一 制約關(guān)系，多通道技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，MIM0與SAR結(jié)合的MIMOSAR系統(tǒng)也屬于這一范疇之內(nèi)，它 比傳統(tǒng)多通道能提供更大的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)多通道技術(shù)采取加窗函數(shù)的方法壓縮距離向旁瓣， 進(jìn)而使得主瓣展寬，導(dǎo)致分辨率的降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)多通道技術(shù)采取加窗函數(shù)導(dǎo)致分辨率的降低問(wèn)題，提供了一種基 于完全互補(bǔ)序列的MMOSAR成像方法。
[0007] 一種基于完全互補(bǔ)序列的MMOSAR成像方法，其特征在于，步驟如下：
[0008] 步驟一：設(shè)置MMOSAR系統(tǒng)參數(shù)信息，包括仿真信號(hào)、雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和雷達(dá)波束 天線(xiàn)的參數(shù)信息；
[0009] 步驟二：設(shè)置目標(biāo)的信息參數(shù)，包括目標(biāo)的個(gè)數(shù)、位置多點(diǎn)目標(biāo)看成是多個(gè)單點(diǎn)目 標(biāo)仿真信號(hào)的疊加；
[0010] 步驟三：距離向壓縮
[0011] 利用完全互補(bǔ)序列作為MM0雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，下面描述一下完全互補(bǔ)序列如何 在MM0雷達(dá)中應(yīng)用的；
[0012] 假設(shè)M組互補(bǔ)序列{A^BJ組成一類(lèi)完全互補(bǔ)序列集，子序列長(zhǎng)度是L，互補(bǔ) 信號(hào){Am，Bj在第m個(gè)天線(xiàn)中交替發(fā)射，第1個(gè)天線(xiàn)先發(fā)射序列（????,〇,然 后延遲一個(gè)脈沖重復(fù)周期T發(fā)射序列(g,沭…，耐―1)，同樣，第m個(gè)天線(xiàn)先發(fā)射序列 疋^乂,…，#1)，然后延遲一個(gè)脈沖重復(fù)周期T后發(fā)射序列=(€,<,? ??次―1)， 這樣互補(bǔ)序列的兩個(gè)子序列在時(shí)間上分開(kāi)發(fā)射，第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)由兩個(gè)序列組 成，經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)Txm發(fā)射出去，各接收天線(xiàn)Rxn接收信號(hào)；根據(jù)上述發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)的 特點(diǎn)，第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)sm(T)為：
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于完全互補(bǔ)序列的MMOSAR成像方法，其特征在于，步驟如下： 步驟一：設(shè)置MMOSAR系統(tǒng)參數(shù)信息，包括仿真信號(hào)、雷達(dá)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和雷達(dá)波束天線(xiàn) 的參數(shù)信息； 步驟二：設(shè)置目標(biāo)的信息參數(shù)，包括目標(biāo)的個(gè)數(shù)、位置多點(diǎn)目標(biāo)看成是多個(gè)單點(diǎn)目標(biāo)仿 真信號(hào)的疊加； 步驟三：距離向壓縮 利用完全互補(bǔ)序列作為MMO雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，下面描述一下完全互補(bǔ)序列如何在MMO雷達(dá)中應(yīng)用的； 假設(shè)M組互補(bǔ)序列{Am，BJ組成一類(lèi)完全互補(bǔ)序列集，子序列長(zhǎng)度是L，互補(bǔ)信 號(hào){Am，BJ在第m個(gè)天線(xiàn)中交替發(fā)射，第1個(gè)天線(xiàn)先發(fā)射序列（????,<-然后 延遲一個(gè)脈沖重復(fù)周期T發(fā)射序列^，耐'，同樣，第m個(gè)天線(xiàn)先發(fā)射序列 = (?二心^，然后延遲一個(gè)脈沖重復(fù)周期T后發(fā)射序列盡" = (?,?,…，13， 這樣互補(bǔ)序列的兩個(gè)子序列在時(shí)間上分開(kāi)發(fā)射，第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)由兩個(gè)序列組 成，經(jīng)發(fā)射天線(xiàn)Txm發(fā)射出去，各接收天線(xiàn)Rxn接收信號(hào)；根據(jù)上述發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)的 特點(diǎn)，第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)Sm(T)為：
其中，L為互補(bǔ)序列中每個(gè)序列的長(zhǎng)度，f。為信號(hào)的頻段載頻，T為脈沖重復(fù)周期，T。為 每個(gè)序列中子脈沖的寬度，且T=L?T。，表示第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)Am的表示 形式，⑴表示第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)的發(fā)射信號(hào)Bm的表示形式，j為虛數(shù)，
，f。表示載 頻，T為慢時(shí)間變量，rect()表示門(mén)函數(shù)：
其中，3U,⑴為第n個(gè)接收天線(xiàn)接收到第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射A111的回波，Jba(H)表示 第n個(gè)接收天線(xiàn)接收到第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)射1^的回波，C為光速，wa(t)為方位向上天線(xiàn)方 向性函數(shù)，t。表示波束中心偏離時(shí)間，P 反射回波的強(qiáng)度；Rm(t)表示第m個(gè)天線(xiàn)到目標(biāo) 的距離，Rn(t)表示第n個(gè)天線(xiàn)到目標(biāo)的距離； 接收天線(xiàn)每個(gè)接收陣元有M路子接收通道MF-I~MF-M，分別對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射信號(hào)，子 接收通道通過(guò)匹配濾波后，區(qū)分并提取出各自對(duì)應(yīng)的子發(fā)射信號(hào)的回波； 對(duì)于MF-I匹配濾波器：<(r)表示'(r)的共軛，<〇)表示的共軛，首先用 4 (勺與第一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)的信號(hào)(r)進(jìn)行相關(guān)，然后用< (r)對(duì)下一個(gè)脈沖重復(fù) 周期內(nèi)的信號(hào)凡,Jr)相關(guān)，將相關(guān)后的結(jié)果進(jìn)行疊加處理，得到匹配濾波后的結(jié)果ynl，整 個(gè)過(guò)程即為匹配濾波； 經(jīng)過(guò)混頻和匹配濾波后，第n個(gè)陣元的第m路子接收機(jī)的輸出表示為：
步驟四：數(shù)據(jù)整合 MMOSAR系統(tǒng)中空間發(fā)射模型，有M個(gè)發(fā)射天線(xiàn)，天線(xiàn)之間的間距為d，衛(wèi)星高度為h， 衛(wèi)星速度為va，天線(xiàn)波束中心角度為半方位向波束寬度為9，R(t)表示第一個(gè)天線(xiàn)的初
標(biāo)反射后，每個(gè)天線(xiàn)的接收機(jī)都能接收到發(fā)射的信號(hào)回波，將不同的回波信號(hào)進(jìn)行分離，沿 方位向進(jìn)行排列，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采樣，M個(gè)天線(xiàn)通過(guò)等效采樣可以獲得M2個(gè)采樣點(diǎn)，將天 線(xiàn)均勻放置，并且重疊部分算作一個(gè)采樣點(diǎn)，最終能得到（2M-1)個(gè)采樣點(diǎn)；在h時(shí)刻，第一 個(gè)天線(xiàn)的斜距R(t)為：
其中A表示波長(zhǎng)； 定義Enm為第m個(gè)天線(xiàn)發(fā)射、第n個(gè)天線(xiàn)接收的回波，將接收到的混合信號(hào)進(jìn)行分離，并 進(jìn)行相位補(bǔ)償，相應(yīng)的補(bǔ)償項(xiàng)為：<i>mn=exp(jA? mn) 對(duì)于M個(gè)天線(xiàn)的MMOSAR系統(tǒng)，則等效的接收信號(hào)為：Enm=yM ? (i>mn，再將Enm按照如 下方式進(jìn)行方位向排列成E即為等效后的數(shù)據(jù)，其中m，nG1，…，M:
步驟五：對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像將每個(gè)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行距離匹配處理，匹配處理后的結(jié)果即為y?，表示第n個(gè)接收天線(xiàn)接收到第m個(gè)發(fā)射天線(xiàn)回波匹配濾波后的結(jié)果，再將其進(jìn)行等 效相位中心補(bǔ)償，按照公式（8)中對(duì)應(yīng)每列中的回波進(jìn)行疊加取平均得到等效后的回波， 之后進(jìn)行方位向傅里葉變換處理，然后進(jìn)行距離徙動(dòng)校正，再通過(guò)方位向參考函數(shù)之后進(jìn) 行逆傅里葉變換運(yùn)算，得到點(diǎn)目標(biāo)圖像；然后采用距離多普勒算法就能對(duì)點(diǎn)目標(biāo)圖像成像。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種基于完全互補(bǔ)序列和相位補(bǔ)償MIMO SAR成像方法。該方法通過(guò)將完全互補(bǔ)序列中的每個(gè)互補(bǔ)序列分配給每個(gè)發(fā)射天線(xiàn)，通過(guò)將互補(bǔ)序列中的兩個(gè)序列在兩個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)交替發(fā)射實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的成像，在接收端，通過(guò)相位補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)由于發(fā)射天線(xiàn)位置不同造成的相位偏移，由于完全互補(bǔ)序列匹配濾波后的無(wú)旁瓣特性，基于完全互補(bǔ)序列的MIMO SAR成像不用加窗函數(shù)就能壓低旁瓣，并且保證了分辨率。本發(fā)明基于完全互補(bǔ)序列的MIMO SAR成像方法具有成像精度高，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)也解決了常規(guī)星載SAR系統(tǒng)中測(cè)繪帶寬度與方位向分辨率不能同時(shí)提高的矛盾。
【IPC分類(lèi)】G01S13-90
【公開(kāi)號(hào)】CN104714231
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510052313
【發(fā)明人】李樹(shù)鋒, 雷玲
【申請(qǐng)人】中國(guó)傳媒大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月1日