[发明专利]基于子带合成的多输入多输出合成孔径雷达系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达技术领域，尤其是一种基于子带合成的多输入多输出合成孔径雷达系统设计方法。

背景技术

随着合成孔径雷达(SAR)系统和信号处理技术的不断发展，同时实现高分辨率宽测绘带已成为新一代SAR系统的研制目标。为了突破脉冲重复频率(PRF)对观测带宽和方位向分辨率的限制，Currie等提出多相位中心SAR模式。然而，一发多收(MISO)SAR采用方位向单发多收的体制，可用的空间采样数目受限于接收阵元的数目。考虑到实际的机/星载运动平台尺寸、有效载荷等限制，MISO SAR的接收阵元数目和阵列尺寸不能大量增加。因此，MISO SAR在解决方位分辨力和测绘带宽矛盾方面的能力有限。

多输入多输出(MIMO)体制能够带来更高的阵列得益和空间分集增益，可以更为有效地缓解PRF的压力。另外距离分辨率同系统发射信号的带宽成反比,分辨率越高要求的系统发射信号的带宽越大。若要达到0.1m分辨率，则要求的系统发射信号的带宽高达1.8GHz以上，大带宽带来了宽带发射、宽带解调、宽带采样等一系列难题，当前器件水平很难满足大带宽系统要求，为了解决这一矛盾，可以采用子脉冲线性调频步进体制，即子带合成。中国电子科技集团公司第三十八所在2009年采用子带合成的体制率先在国内实现了优于0.1米×0.1米的SAR成像，但是子带合成体制的不足之处在于增大了系统的PRF，在应用中受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够成倍降低系统的瞬时工作带宽及采样率，有效地解决了常规子带合成SAR系统中存在的PRF限制的问题，在SAR模式下可以实现远距离高分辨率宽观测带成像的基于子带合成的多输入多输出合成孔径雷达系统设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)雷达波形产生模块产生各发射阵元发射所需的正交编码信号；

(2)雷达以M个发射阵元同时发射信号，以N个接收阵元同时接收回波信号；

(3)每个接收阵元通过主接收通道接收回波信号，通过子接收通道从主接收通道接收到的回波信号中提取自身需要的部分回波信号，每个接收阵元具有M个子接收通道；

(4)对M个子接收通道得到的部分回波信号进行信号重构；

(5)对重构后的信号在距离向进行子带合成。

所述发射信号波形采用线性调频步进子脉冲信号，各连续发射的两个子带中心频率非相邻；各发射阵元在方位向发射在同一脉冲重复周期PRT内同频段、在多个脉冲重复周期PRT内步进载频子带合成的正交编码信号。

通过子接收通道从接收到的回波信号中等间隔提取自身需要的部分回波信号之后，通过常数相位补偿，对由空间采样代替时间采样引入的等效相位中心误差进行补偿。

在通过主接收通道接收回波信号后，先经匹配滤波将回波信息分离，等间隔地提取出需要的部分回波信号，再利用多普勒模糊算法计算出回波的多普勒速度信息，用于信号重构；在进行信号重构时，对所有子接收通道的部分回波信号均匀重构，各方位的回波信号可用以下矩阵表示：

其中，S_MN为第M个发射阵元和第N个接收阵元对应的回波信号，在SAR成像模式下，将矩阵的每一列相干叠加等效于一个空间采样点，矩阵的列数即是成像模式在一个PRT内等效的空间采样点数。

在进行信号重构时，仅针对范围内的信号进行重构，其中，PRF为脉冲重复频率，V_a为雷达的载机地速，即雷达波束不扫描情况下，载机飞行过程中波束在地面的行进速度，D为雷达的天线方位向口径，N为接收阵元的个数。

在距离向进行子带合成时，采用子脉冲线性调频体制频域合成宽带信号，在多个PRT内发射K个载频步进的线性调频信号，对同个PRT内的多通道信号均匀重构后形成单通道接收信号，在频域对每个步进频率信号进行匹配滤波，通过频谱搬移将各步进频率信号在频域进行相干合成宽带信号，最后再进行逆傅里叶变换；

回波模型如下：

0≤[t-kT_r-2r/c]≤T_p,k＝1～K