星载无源SAR的非合作信号感知系统与多维参数估计方法技术方案

星载无源SAR的非合作信号感知系统与多维参数估计方法，属于雷达技术领域。本发明专利技术包括非合作SAR信号感知系统与非合作SAR信号多维参数估计方法，其中，非合作SAR信号感知系统包括天顶感知天线、直达信号阵列接收单元、对地探测天线、回波信号阵列接收单元，实现对非合作SAR直达信号与回波信号的接收；非合作SAR信号多维参数估计方法包括直达信号时频空特性估计单元与天线波束指向参数估计单元，实现对非合作SAR信号的多维参数估计与天线指向估计。相比传统星载SAR系统，该星载无源SAR不需要发射任何信号，可实时感知与捕获空间中可用的非合作SAR信号源，利用该非合作SAR信号源进行双站SAR成像探测。行双站SAR成像探测。行双站SAR成像探测。

【技术实现步骤摘要】
星载无源SAR的非合作信号感知系统与多维参数估计方法


[0001]本专利技术涉及星载无源SAR的非合作信号感知系统与多维参数估计方法，属于雷达


技术介绍

[0002]国际上SAR卫星已经发展了40余年，在轨运行的SAR卫星数量已经超过40余颗。近年来，随着商业小型化SAR卫星技术的成熟，在未来5至10 年将有近千颗小型化SAR卫星在轨运行。受限于法定工作频率，大规模的小型化SAR卫星将必然存在一定的电磁干扰问题。亟待研究一种新型的SAR技术，即星载无源SAR系统技术。星载无源SAR系统不需要主动发射大功率宽频带信号，仅需对其它SAR卫星的信号进行感知与利用，即可实现对地成像观测。
[0003]现有星载无源SAR系统大多数为合作式探测，如多星编队(一发多收或多发一收)、中高轨卫星发射低轨卫星接收等，收发SAR卫星之间有足够的先验信息与时频空同步信息，可简化星载SAR系统复杂度与技术难度。但合作式探测体制仅能对有限几个SAR卫星信号进行感知与利用，无法对在轨的所有SAR 卫星信息进行感知与利用，导致系统成像占空比较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了星载无源SAR的非合作信号感知系统与多维参数估计方法，为利用空间非合作SAR信号实现成像探测，设计由星载无源SAR非合作信号感知子系统和对地成像探测子系统构成的硬件系统，并提出多维参数估计方法实现无源成像。在空间非合作SAR信号感知阶段，通过一个天顶感知天线，接收相应探测频段的非合作SAR信号；由于无法预知非合作SAR的信号参数，需要一个直达信号阵列接收单元，对直达的非合作SAR信号进行快速时频二维估计，解算非合作SAR卫星的空间位置和飞行轨迹，并通过信号可用性分析，将可用的直达信号特性参数输入到雷达对地成像探测子系统。为实现对地成像探测，在无源SAR卫星的下部安装一个平面多通道天线，用于接收非合作SAR信号对地探测的回波信号；通过回波信号强度分析得到非合作SAR卫星对地观测时的波束指向，从而确定出非合作 SAR天线波束主瓣脚印，得到完整的卫星多维参数估计。在此基础上，对地探测天线通过DBF快速波束对准即可实现对地观测成像。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]星载无源SAR的非合作信号感知系统，包括天顶感知天线、直达信号阵列接收单元、对地探测天线、回波信号阵列接收单元；
[0007]所述天顶感知天线用于接收非合作SAR卫星天线副瓣发射信号，通过和差网络，生成四通道直达信号并发送至直达信号阵列接收单元；
[0008]所述直达信号阵列接收单元用于对直达信号进行和差波束测角、差分多普勒定位及时频参数搜索处理，生成非合作SAR信号时频估计参数并发送至回波信号阵列接收单元；
[0009]所述对地探测天线用于接收地面搜索区域回波信号，通过DBF多通道处理，生成波
束指向区域回波信号并发送至回波信号阵列接收单元；
[0010]所述回波信号阵列接收单元用于对地面回波信号进行并行的脉冲压缩、方位向相干累积处理，生成回波能量分布模型以及出非合作SAR天线波束指向，最终完成对非合作信号的感知。
[0011]进一步地，所述天顶感知天线采用X波段的二维平面阵列天线，对称划分为四象限分布子阵，并通过数字或模拟方式实现和差波束比幅测角。
[0012]进一步地，所述直达信号阵列接收单元包括四路独立的下变频接收通道，每路下变频接收通道均包括射频带通滤波器、可变增益放大器、混频器、中频带通滤波器、中频低噪声放大器和模数转换器，用于将采样后的数字信号输入处理器模块；
[0013]处理器模块用于完成信号参数估计，然后将中心频率反馈给可编程本振源，以产生更为匹配的本振频率，使混频后的中频直达信号更易被模数转换器采样，从而降低采样频率和数据率；估计的参数包括非合作SAR信号的中心频率、带宽、时宽。
[0014]进一步地，所述对地探测天线采用X波段二维多通道阵列天线。
[0015]进一步地，所述对地探测天线的阵面口径为L
×
W，其中，L>6m，W>1m。
[0016]进一步地，所述对地探测天线的通道数为P
×
Q，每个通道对应的子阵单元数为M
p
×
M
q
，p＝1,2,
…
,P，q＝1,2,
…
,Q，通过子阵级数字波束形成实现方位向距离向
±
θ的二维波束扫描，其中，θ∈[10
°
～30
°
]，扫描时天线方向图副瓣优于
‑
13dB、栅瓣优于
‑
15dB。
[0017]进一步地，所述回波信号阵列接收单元包括P
×
Q路独立接收通道，每路通道均包括射频带通滤波器、可变增益放大器、混频器、中频带通滤波器、中频低噪声放大器、模数转换器，用于将采样后的数字信号输入到处理器模块；
[0018]处理器模块完成中频回波信号的I/Q解调、DBF、距离向脉冲压缩、方位向非相干积累，获得高信噪比的回波信号，用于对非合作SAR天线波束指向进行二维搜索与估计。
[0019]星载无源SAR的非合作信号多维参数估计方法，包括如下步骤：
[0020]1)天顶感知天线接收的直达信号经过和差网络后，馈入直达信号阵列接收单元，采用可编程本阵源与对直达和信号混频，非合作信号时间宽度粗估计；通过快速傅里叶变换(FFT)得到频带宽度为中心频率为多普勒频率多维参数的实时估计；
[0021]2)构建以只打信号脉冲压缩后的冲击响应宽度(IRW)、峰值旁瓣比(PSLR) 和积分旁瓣比(ISLR)性能最优为目标的优化模型，利用粒子群算法等全局优化手段，在时频二维支撑域快速搜索，得到非合作SAR信号的时频参数最优估计；
[0022]3)在直达信号阵列接收单元中，根据非合作SAR信号的时频参数估计结果，对和差波束通道直达信号进行比幅测角、差分多普勒解算，得到非合作SAR 卫星与无源SAR相对空间位置估计，采用改进的扩展卡尔曼滤波(EKF)跟踪算法拟合出非合作SAR运行轨迹；
[0023]4)直达信号阵列接收单元将非合作SAR时频估计参数发送至回波信号阵列接收单元；
[0024]5)对地探测天线根据无源SAR与非合作SAR空间位置关系，将多通道天线通过DBF
加权合成窄波束指向潜在地面成像区域进行搜索，接收回波信号；
[0025]6)在回波信号阵列接收单元中，通过并行FPGA平台，对回波信号实现 I/Q解调、DBF波束扫描、距离向脉冲压缩、方位向相干累积等处理，得到地面成像区域的回波信号功率分布；
[0026]7)回波信号阵列接收单元对DBF波束扫描得到的回波功率分布模型进行修正，在俯仰面内补偿回波因路径不同产生的功率衰减差值，得到修正后的搜索区域回波功率分布；选取功率最强点最为非合作SAR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于，包括天顶感知天线、直达信号阵列接收单元、对地探测天线、回波信号阵列接收单元；所述天顶感知天线用于接收非合作SAR卫星天线副瓣发射信号，通过和差网络，生成四通道直达信号并发送至直达信号阵列接收单元；所述直达信号阵列接收单元用于对直达信号进行和差波束测角、差分多普勒定位及时频参数搜索处理，生成非合作SAR信号时频估计参数并发送至回波信号阵列接收单元；所述对地探测天线用于接收地面搜索区域回波信号，通过DBF多通道处理，生成波束指向区域回波信号并发送至回波信号阵列接收单元；所述回波信号阵列接收单元用于对地面回波信号进行并行的脉冲压缩、方位向相干累积处理，生成回波能量分布模型以及出非合作SAR天线波束指向，最终完成对非合作信号的感知。2.根据权利要求1所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述天顶感知天线采用X波段的二维平面阵列天线，对称划分为四象限分布子阵，并通过数字或模拟方式实现和差波束比幅测角。3.根据权利要求1所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述直达信号阵列接收单元包括四路独立的下变频接收通道，每路下变频接收通道均包括射频带通滤波器、可变增益放大器、混频器、中频带通滤波器、中频低噪声放大器和模数转换器，用于将采样后的数字信号输入处理器模块；处理器模块用于完成信号参数估计，然后将中心频率反馈给可编程本振源，以产生更为匹配的本振频率，使混频后的中频直达信号更易被模数转换器采样，从而降低采样频率和数据率；估计的参数包括非合作SAR信号的中心频率、带宽、时宽。4.根据权利要求1所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述对地探测天线采用X波段二维多通道阵列天线。5.根据权利要求4所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述对地探测天线的阵面口径为L
×
W，其中，L＞6m，W＞1m。6.根据权利要求4所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述对地探测天线的通道数为P
×
Q，每个通道对应的子阵单元数为M
p
×
M
q
，p＝1,2,...,P，q＝1,2,...,Q，通过子阵级数字波束形成实现方位向距离向
±
θ的二维波束扫描，其中，θ∈[10
°
～30
°
]，扫描时天线方向图副瓣优于
‑
13dB、栅瓣优于
‑
15dB。7.根据权利要求1所述的星载无源SAR的非合作信号感知系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨钰茜，夏正欢，赵志龙，尹心，石慧峰，张涛，刘新，刘敦歌，张瑶，郭宇华，岳富占，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：