基于方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法，实施步骤为：设置合成孔径成像雷达SAR的参数；计算天线阵的发射波形；计算发射波形的时

【技术实现步骤摘要】
基于方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，涉及一种高分宽幅SAR的波形设计方法，具体涉及一种基于脉内方位维频率扫描的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法，可用于SAR实现高分宽幅成像。

技术介绍

[0002]合成孔径成像雷达SAR是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机、卫星等飞行平台上，全天时、全天候地对地实施观测。在全球动态观测，地物目标分类和识别等应用场景下，要求SAR具有实现高分宽幅的成像能力。传统SAR成像模式包括条带模式，聚束模式和扫描模式。传统SAR成像采用的发射信号波形均不能用于同时实现高分和宽幅成像，聚束模式牺牲成像的幅宽来实现高分辨率成像，扫描模式牺牲方位分辨率来实现宽幅成像，因此需要对SAR的发射信号波形进行创新型设计。
[0003]为解决传统SAR成像模式采用的发射信号波形对实现高分宽幅存在的问题，国内外学者提出了多种波形设计方法。何峰等人于2020年在雷达学报上发表了名称为“多维波形编码SAR俯仰向级联DBF成像性能分析”的文章，公开了一种多维波形编码技术用于SAR实现高分宽幅成像，但采用多维波形编码信号实现高分宽幅成像，需要依赖于多通道体制和DBF空域滤波技术来进行模糊抑制。随着对分辨率和成像幅宽要求的不断提高，SAR采用多维波形编码信号实现高分宽幅成像，所需要的通道数量也将变得越来越庞大，设备量变大，不利于工程实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法，用于解决现有技术中存在的实现高分宽幅成像时，依赖多通道体制和DBF技术实现模糊抑制的缺陷。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：
[0006](1)设置合成孔径成像雷达SAR的参数：
[0007]设置合成孔径成像雷达SAR的包括等间距排列的N个天线的天线阵Z＝[z1,z2,
…
,z
n
,
…
,z
N
]，每个天线z
n
方位维上连接有用于实现方位频扫的时间延迟线TTD
n
，相邻天线之间方位维的距离和时间延迟分别为d和τ，z
n
的时间延迟为所有天线采用相同的发射信号发射信号的脉冲重复频率为F
r
，SAR平台的高度和速度分别为H和V，SAR成像的俯仰维测绘带宽为W，入射角为方位分辨率为ρ
a
，距离分辨率为ρ
r
，其中，，其中，表示向上取整操作，z
n
表示第n个天线，1≤n≤N，t表示快时间，0≤t≤T
P
，K表示g(t)的调频率，K＝B/T
P
，B和T
P
分别表示g(t)的带宽和脉冲持续时间，
f表示g(t)的中心频率，rect(
·
)表示矩形函数，e
(
·
)
表示以e为底的指数函数，j表示虚数单位，位，
[0008](2)计算天线阵Z的发射波形s(t,θ)：
[0009]通过和g(t)，计算z
n
的发射信号g(t)经过TTD
n
时间延迟后的时间延迟信号s
n
(t)，得到时间延迟信号集合S＝[s1(t),s2(t),
…
,s
n
(t),
…
,s
N
(t)]，并对S中的所有时间延迟信号在远场进行求和，得到天线阵Z的斜视角为θ的发射波形s(t,θ)：
[0010][0011][0012]其中，c表示光速，sin(
·
)表示正弦函数，∑表示求和操作；
[0013](3)计算发射波形s(t,θ)的时
‑
空方向图p(t,θ)：
[0014][0015]其中，λ(t)表示s(t,θ)的波长，[]‑1表示取倒数操作；
[0016](4)计算时
‑
空方向图p(t,θ)的瞬时波束指向角θ
peak
(t)：
[0017]计算时
‑
空方向图p(t,θ)达到最大值max(p(t,θ))时指向的角度，即p(t,θ)的瞬时波束指向角θ
peak
(t)：
[0018][0019][0020]其中，max(
·
)表示取最大值操作，m表示整数，round(
·
)表示取整操作，arcsin(
·
)表示反正弦函数；
[0021](5)绘制斑马图并对其进行划分：
[0022]根据俯仰维测绘带宽W和SAR平台的高度H，绘制与脉冲重复频率相关的包含星下点回波和发射脉冲遮挡区域的斑马图并将斑马图划分为Q个测绘子条带，得到测绘子条带带宽集合以及所有测绘子条带的近端入射角和远端入射角其中，Q≥2，表示第q个测绘子条带的带宽，且F
(q)
表示第q个测绘子条带发射信号的脉冲重复频率，tan(
·
)表示正切函数，1≤q≤Q，和分别表示第q个测绘子条带的近端入射角和远端入射角；
[0023](6)计算方位频扫模式下发射波形的波束扫描范围θ
scan
：
[0024](6a)计算SAR的移动距离L：
[0025][0026][0027]其中，表示第q个测绘子条带的波束驻留时间，λ
c
表示发射信号g(t)在频率为中心频率f时的波长，λ
c
＝c/f；
[0028](6b)根据SAR的移动距离L计算方位频扫模式下发射波形s(t,θ)的波束扫描范围θ
scan
：
[0029][0030]其中，表示第1个测绘子条带的近端入射角；
[0031](7)根据波束扫描范围θ
scan
计算方位维时间延迟τ和g(t)的调频率K的值：
[0032](7a)根据波束扫描范围θ
scan
，设定时
‑
空方向图p(t,θ)的起始瞬时波束指向角为终止瞬时波束指向角为并根据下式计算方位维时间延迟τ和g(t)的带宽B的值：
[0033][0034]其中，m1表示整数，B
e
表示距离分辨率为ρ
r
时方位频扫模式下所需的信号带宽，
[0035](7b)根据g(t)的带宽B的值计算g(t)的调频率K：
[0036][0037](8)获取脉内方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计结果：
[0038]将发射信号g(t)的中心频率f和调频率K的值，以及天线阵Z的天线数量N和相邻天线之间的时间延迟τ的值带入发射波形s(t,θ)的表达式中进行计算，得到脉内方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形结果。
[0039]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方位频扫的二维扫描高分宽幅SAR的波形设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置合成孔径成像雷达SAR的参数：设置合成孔径成像雷达SAR的包括等间距排列的N个天线的天线阵Z＝[z1,z2,
…
,z
n
,
…
,z
N
]，每个天线z
n
方位维上连接有用于实现方位频扫的时间延迟线TTD
n
，相邻天线之间方位维的距离和时间延迟分别为d和τ，z
n
的时间延迟为所有天线采用相同的发射信号发射信号的脉冲重复频率为F
r
，SAR平台的高度和速度分别为H和V，SAR成像的俯仰维测绘带宽为W，入射角为方位分辨率为ρ
a
，距离分辨率为ρ
r
，其中，，其中，表示向上取整操作，z
n
表示第n个天线，1≤n≤N，t表示快时间，0≤t≤T
P
，K表示g(t)的调频率，K＝B/T
P
，B和T
P
分别表示g(t)的带宽和脉冲持续时间，f表示g(t)的中心频率，rect(
·
)表示矩形函数，e
(
·
)
表示以e为底的指数函数，j表示虚数单位，单位，(2)计算天线阵Z的发射波形s(t,θ)：通过和g(t)，计算z
n
的发射信号g(t)经过TTD
n
时间延迟后的时间延迟信号s
n
(t)，得到时间延迟信号集合S＝[s1(t),s2(t),
…
,s
n
(t),
…
,s
N
(t)]，并对S中的所有时间延迟信号在远场进行求和，得到天线阵Z的斜视角为θ的发射波形s(t,θ)：间延迟信号在远场进行求和，得到天线阵Z的斜视角为θ的发射波形s(t,θ)：其中，c表示光速，sin(
·
)表示正弦函数，∑表示求和操作；(3)计算发射波形s(t,θ)的时
‑
空方向图p(t,θ)：其中，λ(t)表示s(t,θ)的波长，[]
‑1表示取倒数操作；(4)计算时
‑
空方向图p(t,θ)的瞬时波束指向角θ
peak
(t)：计算时
‑
空方向图p(t,θ)达到最大值max(p(t,θ))时指向的角度，即p(t,θ)的瞬时波束指向角θ
peak
(t)：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘楠，陈元元，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：