[发明专利]一种俯仰向空时编码星载SAR系统回波分离方法

说明书

本发明提供一种俯仰向空时编码星载SAR系统回波分离方法，属于合成孔径雷达高分宽幅信号处理领域，其采用多个俯仰向通道进行接收回波信号，首先对其进行自适应数字波束形成处理，之后对自适应数字波束形成处理之后得到的两组回波进行盲源分离处理，最后即可得到分离度较高的回波信号。在本发明中，在进行自适应数字波束形成处理之前不需要进行对信源回波的波达角估计，节省了宝贵的星上计算资源。通过仿真实验验证，本发明具有如下优点：1）较低的系统复杂度；2）较好的回波分离性能；3）具有应用于星载MIMO‑SAR任务的潜力。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达高分宽幅信号处理领域，具体涉及一种俯仰向空时编码星载SAR（合成孔径雷达，Synthetic Aperture Radar）系统回波分离方法。

背景技术

方位向分辨率和距离向测绘带宽之间的矛盾严重限制了未来星载SAR的发展。在传统星载SAR系统中，在提升测绘带宽时，为避免主瓣距离模糊，要求SAR系统具有低的距离脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency , PRF)，而在提高方位分辨率时，通常采用方位孔径较小的天线发射和接收，从而获得大的多普勒带宽，此时为了避免主瓣方位模糊，要求SAR系统具有高的PRF。由于对系统PRF参数设计的不同要求，分辨率和测绘带宽成为一对固有矛盾，无法同时提高。因此，实现星载SAR的高分宽幅(High Resolution WideSwath，HRWS)成像是亟待解决的难题。

为了实现HRWS成像，德国宇航局的学者们于2007年首次提出了对发射波形进行多维编码(Multidimensional Waveform Encoding, MWE)的全新工作模式。在该模式下，每一个完整的发射波形由若干个子脉冲组成，并将从空域、时域、频域以及码域等四个维度上对这些子脉冲进行设定，以实现发射端的波形分集，为系统性能提升奠定基础。

在空时编码星载SAR (Space-Time Waveform Encoding, STWE)系统中，每个发射波形都是由N个时频结构完全一致的线性调频信号的子脉冲构成。这些子脉冲沿着不同距离向或者方位向子波束依次发射出去，从而满足星载SAR系统对不同性能的要求。本发明主要针对于距离向空时编码SAR系统。

A. Currie提出通过距离向发射宽波束覆盖多个子测绘带，然后由多个子天线形成窄波束接收，分别覆盖整个测绘带宽，即可避免多个子测绘带混叠，实现大测绘带宽。但是，这种方法会使得各子波束存在一定的旁瓣干扰，依旧会造成一定的距离模糊，恶化了成像质量。

G. D. Callaghan等人提出整个天线阵面划分为两行两列，形成四个孔径，在距离向自适应形成零点抑制距离模糊，从而实现大测绘带宽。但是，这种方案会导致测绘带内存在一定的成像盲区，限制了未来星载SAR的发展。

由于不可避免会存在场景地形起伏和残余通道误差，真实信源与虚拟信源的视角偏差将导致合成后的天线方向图存在指向误差，因此真实信源处的接收增益严重损失，上述所提方案性能均受到一定限制，因此观测场景地形起伏导致的接收增益损失的问题是限制距离多通道SAR技术发展的瓶颈之一。

为了解决观测场景地形起伏导致的接收增益损失的问题，自适应数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)被提出。接收波束的指向误差是因为对信源回波的波达角(Direction Of Arrival，DOA)错误估计。自适应DBF处理流程如下所示：在俯仰向各子孔径接收到的原始信号经过低噪放大(LNA)、下变频以及模数转换(ADC)之后，首先对其进行距离压缩处理，将目标原先在时域内弥散开的能量压缩到其相应的距离门，将不同子孔径内关于同一目标的距离压缩像点配准至同一位置，之后逐个距离门的进行多孔径联合处理来估计空间谱，如Capon算法，Beamformer算法以及Music算法等。

如上所述，自适应DBF的处理过程因为需要逐个距离门的进行处理，计算需求极大，限制了未来距离向空时编码SAR星上实时处理的可能。

发明内容