[發明專利]聯合發射陣列與脈沖編碼的機載MIMO-SAR距離模糊分離方法

在審

• 申請號: 202111597747.6
• 申請日: 2021-12-24
• 公開（公告）號: CN114325595A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 牛世林;朱岱寅;金國棟;程遠;王宇;俞旗烽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/292
• 分類號: G01S7/292;G01S13/90
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種聯合發射陣列與脈沖編碼的機載MIMO?SAR距離模糊分離方法。首先，構建發射信號相位編碼矩陣，在每一個脈沖重復周期內，對各發射機的發射信號附加獨立的相位編碼。然后，對各接收機回波數據在方位向進行帶通濾波，進而分離不同發射機發射信號經地面目標散射后的回波。隨后，對上述步驟獲取的含有相位編碼的回波進行相位解碼。最后，構建空域濾波導引矢量矩陣，分離期望信號與距離模糊信號。本發明通過對不同發射機的發射信號進行相位編碼，并且借助高脈沖重復頻率雷達系統的優勢，在距離多普勒域將各發射機的發射信號分離。本發明有效利用了MIMO雷達中發射機陣列帶來的自由度，相比傳統多接收機雷達，能夠有效地分離更高次的距離模糊信號。

技術領域

本發明涉及雷達信號處理領域，特別是涉及一種機載多收多發合成孔徑雷達(Multiple-Input Multiple-Output Synthetic Aperture Radar，MIMO-SAR)信號發射與模糊信號分離的方法。

背景技術

機載合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種掛載在飛機平臺上的主動式微波成像傳感器，能夠穿透云、雨、霧，實現全天時、全天候地對地成像。由于機載SAR的飛行高度有限，當探測距離過大時，會導致雷達波束在地面的足印過長，從而產生嚴重的距離模糊。為了避免距離模糊的發生，通常會采取降低雷達系統脈沖重復頻率(PulseRepetition Frequency,PRF)的方法，增大雷達采樣時間窗的可開啟范圍，避免距離模糊的發生。然而，為了增大探測距離而降低系統PRF，一方面會影響方位向分辨率，另一方面由于探測距離增大后，回波能量衰減比較明顯，低PRF會導致雷達系統平均發射功率降低，從而使回波信號在方位向相參積累后的輸出信噪比受到較大影響。隨著對機載SAR應用要求的不斷提高，在對更遠距離場景成像時，低分辨率、低信噪比的SAR數據已不滿足常規需求。因此，在機載SAR對遠距離場景探測時，通過提升系統PRF來提高方位向分辨率和平均發射功率的技術難點就在于如何有效地分離由高PRF帶來的距離模糊信號。

目前，針對距離模糊的解決方法，眾多研究人員已提出一些方案，如方位相位編碼技術，該技術使模糊信號和期望信號在距離多普勒域處于不同頻帶，再通過帶通濾波實現距離模糊抑制。方位相位編碼技術雖然可在一定程度上消除模糊信號，但當模糊次數較多時，雷達系統PRF需要數倍甚至數十倍于方位向信號帶寬，才能將模糊信號完全消除，這在工程上是難以實現的。此外，利用俯仰向陣列天線接收回波信號，然后通過數字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技術實現空域濾波，在天線接收方向圖中模糊信號來波方向處產生零陷，達到抑制距離模糊信號的作用。但該方法受機載SAR天線孔徑的限制，由于俯仰向接收陣元數量有限，會產生俯仰向天線自由度不夠的問題，從而導致模糊信號抑制失效。

隨著MIMO雷達技術的發展，聯合雷達發射天線陣列和雷達接收天線陣列，并配合發射脈沖相位編碼，理論上可在俯仰向形成更多的等效自由度，對多次距離模糊信號的抑制有更好的效果。綜上所述，基于MIMO雷達研發一種能夠有效分離距離模糊信號的方法及裝置是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明提供了一種聯合發射陣列與脈沖編碼的機載MIMO-SAR距離模糊分離方法，以解決現有距離模糊抑制方法不足的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下方案：

一種聯合發射陣列與脈沖編碼的機載MIMO-SAR距離模糊分離方法及裝置，所述方法包括：

構建發射信號相位編碼矩陣，在每一個脈沖重復間隔(Pulse RepetitionInterval,PRI)內，對各發射機的發射信號附加獨立的相位編碼；

對各接收機回波數據在方位向進行帶通濾波，進而分離不同發射機發射信號經地面目標散射后的回波；

對分離后的回波進行距離向脈沖壓縮并向量化，再對脈沖壓縮后數據中的相位編碼進行解碼操作；