一种提高MIMO-SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高MIMO

【技术实现步骤摘要】
一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理领域，特别是涉及一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种挂载在运动平台上的主动式微波成像传感器，能够穿透云、雨、雾，实现全天时、全天候地对地成像。近年来，随着雷达硬件设备的不断发展，现代雷达可发射任意波形，且能够实现多天线子阵的自由划分，为实施MIMO
‑
SAR提供了有力的基础条件。对于多通道SAR系统而言，M个通道会形成M个等效相位中心。对于MIMO
‑
SAR系统而言，M个接收/发射通道，理论上将会形成M2个等效相位中心。然而，对于MIMO
‑
SAR而言，作为一种集中式MIMO雷达，其中只有2M
‑
1个等效相位中心拥有不同的斜距历程，而其余等效相位中心则被视为重复的等效相位中心，并不能有效地提升雷达性能，从而造成了雷达资源的浪费。
[0003]近年来，由于雷达技术的快速发展，基于MIMO雷达的SAR成像系统在一些应用场景下体现出了许多优势，如距离模糊抑制、抗干扰等方面。MIMO雷达可通过俯仰向数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技术，对来多个来波方向的信号进行分离。但信号分离性能受到MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的限制。目前，针对提升MIMO
‑
SAR有效等效相位中心数量方面鲜有研究。综上所述，研究一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，以解决MIMO
‑
SAR在应用时，由于俯仰向等效相位中心具有相同斜距历程而导致有效等效相位中心数目下降的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下方案：
[0006]一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，包括以下步骤：
[0007]1)在每一个发射脉冲间隔内，对每个发射子阵构造独立的脉间相位编码,并将脉间相位编码调制到基带发射信号得到每个发射子阵对应的基带发射信号；
[0008]2)为MIMO
‑
SAR雷达系统设置系统参考载频，基于系统参考载频，对每个发射子阵设置载频，将每个发射子阵对应的基带发射信号上变频并辐射，接收子阵采集辐射回来的回波数据；
[0009]3)各个接收子阵采用系统参考载频对回波数据进行下变频，随后对下变频后的回波数据进行MIMO波形分离，得到二维时域回波数据；
[0010]4)对二维时域回波数据进行脉冲压缩与相位补偿，并将脉冲压缩与相位补偿后的输出向量化；
[0011]5)构建导引矢量矩阵，并求解权矢量矩阵，通过矩阵相乘分离多个方向到达的回
波信号。
[0012]优选的，步骤1)中，在第k个发射脉冲间隔内，对于第m个发射子阵，基带发射信号s
m,k
(τ)的表达式为：
[0013][0014]其中：τ代表快时间；ω
r
(τ)代表发射信号包络；s(τ)代表参考调制信号；为脉间相位编码，且：
[0015][0016]其中：ψ代表可调因子，且满足条件|ψ|≥M，M代表发射子阵数量。
[0017]优选的，步骤2)中，为雷达系统设置系统参考载频f0，针对第m个发射子阵，将基带信号s
m,k
(τ)上变频至f0+(m
‑
1)Δf，其中，Δf为可调载频增量。
[0018]优选的，步骤3)具体包括：
[0019]3.1)所有接收子阵采用系统参考载频f0作为下变频载频对回波数据进行下变频，针对点目标ζ0，目标ζ0位于场景中心内，回波数据经过下变频后，在慢时间时刻η和快时间时刻τ时，第n个接收子阵对第个k次发射脉冲的二维回波数据表示为：
[0020][0021]其中：γ0代表目标ζ0后向散射系数；ω
a
(η
‑
η0)代表方位向包络函数；代表距离向包络函数；代表参考调制信号s(τ)经过时延后的表达形式；η0代表目标ζ0的孔径中心时刻；代表电磁波从雷达天线到目标ζ0的双程时延；μ0代表目标ζ0所在区域的模糊阶数；θ0代表目标ζ0方向与雷达天线指向的夹角；代表俯仰向第m个发射子阵与第一个发射子阵的间距；代表俯仰向第n个接收子阵到第一个接收子阵的间距；C代表光速；
[0022]其中：
[0023][0024]其中：代表接收到的脉间相位编码值；η＝(k
‑
μ0‑
1)/F
a
；代表第m个波形在方位频域的频率偏移量，具体计算公式表示为F
a
代表雷达系统脉冲重复频率；
[0025]随后，考虑在慢时间时刻η和快时间时刻τ时，除了有来自期望方向的目标ζ0之外，还有来自于Q个方向的干扰信号，将Q个方向的干扰信号记为目标ζ1～ζ
Q
，此时，第n个接收子
阵对第个k次发射脉冲回波的输出信号ss
n
(η,τ)表示为：
[0026][0027]3.2)对输出信号进行MIMO波形分离；
[0028]3.3)通过方位向傅里叶逆变换IDFT操作，将经过MIMO波形分离后的输出信号变换至二维时域，得到回波信号ss
m,n
(η,τ)为：
[0029][0030]其中：γ0代表目标q后向散射系数；ω
a
(η
‑
η
q
)代表方位向包络函数；代表距离向包络函数；代表参考调制信号s(τ)经过时延后的表达形式；η
q
代表目标q的孔径中心时刻；代表电磁波从雷达天线到目标q的双程时延；μ
q
代表目标q所在区域的模糊阶数；
[0031]即中存在一个频率偏移e
j2π(m
‑
1)Δfτ
。
[0032]优选的，步骤4)具体包括，
[0033]4.1)通过以下公式完成对频率偏移e
j2π(m
‑
1)Δfτ
的补偿，获得经过频偏补偿波回数据
[0034][0035]其中，τ
RC
代表电磁波从雷达天线到场景中心斜距的双程时延；
[0036]4.2)对进行脉冲压缩，获得脉冲压缩回波数据具体公式为：
[0037][0038]其中，s(
‑
τ)代表将参考调制信号s(τ)沿快时间τ的轴翻转；代表卷积操作；(
·
)
*
代表共轭操作；代表第q个目标的冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在每一个发射脉冲间隔内，对每个发射子阵构造独立的脉间相位编码,并将脉间相位编码调制到基带发射信号得到每个发射子阵对应的基带发射信号；2)为雷达系统设置系统参考载频，基于系统参考载频，对每个发射子阵设置载频，将每个发射子阵对应的基带发射信号上变频并辐射，接收子阵采集辐射回来的回波数据；3)各个接收子阵采用系统参考载频对回波数据进行下变频，随后对下变频后的回波数据进行MIMO波形分离，得到二维时域回波数据；4)对二维时域回波数据进行脉冲压缩与相位补偿，并将脉冲压缩与相位补偿后的输出向量化；5)构建导引矢量矩阵，并求解权矢量矩阵，通过矩阵相乘分离多个方向到达的回波信号。2.如权利要求1所述的一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，其特征在于，步骤1)中，在第k个发射脉冲间隔内，对于第m个发射子阵，基带发射信号s
m,k
(τ)的表达式为：其中：τ代表快时间；ω
r
(τ)代表发射信号包络；s(τ)代表参考调制信号；为脉间相位编码，且：其中：ψ代表可调因子，且满足条件|ψ|≥M，M代表发射子阵数量。3.如权利要求2所述的一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，其特征在于，步骤2)中，为雷达系统设置系统参考载频f0，针对第m个发射子阵，将基带信号s
m,k
(τ)上变频至f0+(m
‑
1)Δf，其中，Δf为可调载频增量。4.如权利要求3所述的一种提高MIMO
‑
SAR俯仰向有效等效相位中心数目的方法，其特征在于，步骤3)具体包括：3.1)所有接收子阵采用系统参考载频f0作为下变频载频对回波数据进行下变频，针对点目标ζ0，目标ζ0位于场景中心内，回波数据经过下变频后，在慢时间时刻η和快时间时刻τ时，第n个接收子阵对第个k次发射脉冲的二维回波数据表示为：其中：γ0代表目标ζ0后向散射系数；ω
a
(η
‑
η0)代表方位向包络函数；代表距
离向包络函数；代表参考调制信号s(τ)经过时延后的表达形式；η0代表目标ζ0的孔径中心时刻；代表电磁波从雷达天线到目标ζ0的双程时延；μ0代表目标ζ0所在区域的模糊阶数；θ0代表目标ζ0方向与雷达天线指向的夹角；代表俯仰向第m个发射子阵与第一个发射子阵的间距；代表俯仰向第n个接收子阵到第一个接收子阵的间距；C代表光速；其中：其中：代表接收到的脉间相位编码值；η＝(k
‑
μ0‑
1)/F
a
；代表第m个波形在方位频域的频率偏移量，具体计算公式表示为F
a
代表雷达系统脉冲重复频率；随后，考虑在慢时间时刻η和快时间时刻τ时，除了有来自期望方向的目标ζ0之外，...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛世林，朱岱寅，金国栋，程远，王宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：