基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO-SAR回波分离方法技术

本发明专利技术公开了基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO

【技术实现步骤摘要】
基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法


[0001]本专利技术属于MIMO
‑
SAR成像
和阵列信号处理
，具体的为基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法。

技术介绍

[0002]与单输入单输出(Single
‑
Input Single
‑
Output,SISO)和单输入多输出(Single
‑
Input Multiple
‑
Output,SIMO)系统相比，MIMO
‑
SAR可以提供更多的系统自由度，显著提高SAR系统性能。例如，MIMO
‑
SAR系统可以在方位方向上产生更多的空间样本，以映射更宽的图像条带，提高空间分辨率和更长的基线，从而提高地面运动目标指示(Ground Moving Target Indication,GMTI)、干涉和层析成像SAR系统的性能。此外，MIMO
‑
SAR系统可满足多模式操作的需求，可有效解决传统SAR系统中的难题。
[0003]然而，实现MIMO
‑
SAR应用的关键在于回波分离技术研究。目前的MIMO
‑
SAR回波分离方案多数利用单一域系统资源实现通道响应分离，如STSO机制。STSO机制可通过波形部分正交性和俯仰维DBF处理有效抑制STSO波形之间的相互干扰，但其需要消耗较多的俯仰维系统资源。而且对于空间有限的机载MIMO
‑
SAR系统，不充足的俯仰维自由度不足以完全分离各发射波形的回波。如何综合利用系统资源实现MIMO
‑
SAR回波分离是目前的难点问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出一种基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法。该波形发射机制可以根据不同的雷达工作模式灵活调整系统自由度以实现回波分离，可以获得该模式下最佳的系统性能，这是MIMO
‑
SAR多模式成像的关键。此外，考虑到单一域回波分离过程中系统资源的匮乏，该机制充分利用多普勒域、时域和俯仰空域的系统自由度实现回波分离，从而获得了更好的系统性能。
[0005]本专利技术公开的基于脉内和脉间联合相位调制的MIMO
‑
SAR灵活波形发射机制，包括以下步骤：
[0006]S1：设计脉内和脉间编码矩阵，并利用编码矩阵对常规雷达信号进行相位调制从而生成MIMO
‑
SAR发射信号，进而产生MIMO体制下的混合回波信号；
[0007]S2：对回波信号进行脉间解编码处理，在多普勒域进行滤波以得到不同多普勒子带的混合信号，并对各多普勒子带进行多普勒中心偏移校正；
[0008]S3：对滤波后的信号进行脉内解编码处理，通过时移加权处理抑制掉与期望信号具有相同DOA的干扰分量；
[0009]S4：通过俯仰维DBF处理进一步抑制掉具有不同DOA信息的干扰分量，完成MIMO
‑
SAR回波信号分离。
[0010]优选的，步骤1)中，定义脉内编码矩阵Θ为：
[0011][0012]式中：N
s
表示发射波形数量，为针对第n
s
个波形的编码向量，N
s
为具体的脉内编码值；
[0013]定义脉间编码矩阵为：
[0014][0015]式中，m，n
a
，L，F
a
和PRI分别表示第m个发射机，第n
a
个脉冲序列，多普勒子带的数量，脉冲重复频率和脉冲重复间隔；
[0016]则生成的MIMO
‑
SAR发射信号为：
[0017][0018]式中，表示脉间编码前的波形信号，表示经过脉内编码矩阵Θ编码后的波形信号，表示子脉冲序列，k表示进行脉内编码的第k个子脉冲，表示针对第n
s
个发射波形中第k个子脉冲的具体编码值；(
·
)
T
和T
s
分别表示转置运算和子脉冲宽度；
[0019]第n个接收机采集到的回波信号r
n,m
(t,η＝n
a
F
a
)表示为：
[0020][0021]所有接收机采集到的混合回波信号表示为：
[0022][0023]式中，n表示接收机数量，t表示快时间，η表示方位慢时间，h
n,m
(t,η)表示通道响应，表示快时间域的卷积运算。
[0024]优选的，步骤2)中，由于脉间相位调制，各发射机发射的MIMO
‑
SAR发射信号由同一接收机接收到的回波信号在多普勒域会产生不同程度的偏移，产生L个互不重叠的多普勒子带，选用带通滤波器分别得到L个多普勒子带上的回波信号，具体的带通滤波器
表示为：
[0025][0026]式中，f
η
和f
dc
分别代表多普勒频率和多普勒中心偏移；
[0027]对经过带通滤波器滤波得到的L个回波信号进行多普勒中心偏移校正以保证后续的成像处理，此时，同一多普勒子带中仍包含多个发射机的回波，且对应发射机序号的集合为：
[0028]m
l
∈Ω
l
,Ω
l
＝[m
l
|m
l
＝l+n
s
L,l＝1,2,
…
,L,n
s
＝0,1,
…
,N
s
‑
1][0029]Ω
l
表示同一多普勒子带中所包含的各发射机的序号集合；
[0030]将多普勒子带的回波信号表示为：
[0031][0032][0033]式中，为对应第m
l
个发射机第n个接收机的通道响应，代表经过方位相位解编码后单一发射波形的回波信号。
[0034]优选的，步骤3)中，对步骤2)中的多普勒子带的回波信号进行脉内解编码：定义加权向量为：
[0035][0036]式中，表示脉内解编码向量中的元素，则时移加权后的回波信号为：
[0037][0038]观察上式有：经过时移加权后的回波信号产生2N
s
‑
1种具有不同时延的回波信号分量，且在第N
s
次时移过程中，回波信号具有的共同时间片段为t0+(N
s
‑
1)T
s
‑
T
s
/2≤t＜t0+(N
s
‑
1)T
s
+T
s
/2，t0表示混合回波信号r
n
(t,η)时延；
[0039]在此时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法，其特征在于，包括以下步骤：1)定义脉内和脉间编码矩阵，利用脉内和脉间编码矩阵对雷达信号进行相位调制得到MIMO
‑
SAR发射信号，通过发射机发射MIMO
‑
SAR发射信号，并通过接收机采集，得到混合回波信号；2)对混合回波信号进行脉间解编码处理，在多普勒域进行滤波以得到不同多普勒子带的回波信号，并对各多普勒子带进行多普勒中心偏移校正；3)对滤波后的回波信号进行脉内解编码处理，通过时移加权处理抑制掉与期望信号具有相同波达角DOA的干扰分量；4)通过俯仰维数字波束形成DBF进一步抑制掉具有不同波达角DOA的干扰分量，完成MIMO
‑
SAR回波信号的分离。2.如权利要求1所述的基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法，其特征在于，步骤1)中，定义脉内编码矩阵Θ为：式中：N
s
表示发射波形数量，为针对第n
s
个波形的编码向量，N
s
为具体的脉内编码值；定义脉间编码矩阵为：式中，m，n
a
，L，F
a
和PRI分别表示第m个发射机，第n
a
个脉冲序列，多普勒子带的数量，脉冲重复频率和脉冲重复间隔；则生成的MIMO
‑
SAR发射信号为：式中，表示脉间编码前的波形信号，表示经过脉内编码矩阵Θ编码后的波形信号，表示子脉冲序列，k表示进行脉内编码的第k个子脉冲，表示针对第n
s
个发射波形中第k个子脉冲的具体编码值；(
·
)
T
和T
s
分别表示转置运算和子脉冲宽度；
第n个接收机采集到的回波信号r
n,m
(t,η＝n
a
/F
a
)表示为：所有接收机采集到的混合回波信号表示为：式中，n表示接收机数量，t表示快时间，η表示方位慢时间，h
n,m
(t,η)表示通道响应，表示快时间域的卷积运算。3.如权利要求2所述的基于脉内和脉间联合相位调制的可重构MIMO
‑
SAR回波分离方法，其特征在于，步骤2)中，由于脉间相位调制，各发射机发射的MIMO
‑
SAR发射信号由同一接收机接收到的回波信号在多普勒域会产生不同程度的偏移，产生L个互不重叠的多普勒子带，选用带通滤波器分别得到L个多普勒子带上的回波信号，具体的带通滤波器表示为：式中，f
η
和f
dc
分别代表多普勒频率和多普勒中心偏移；对经过带通滤波器滤波得到的L个回波信号进行多普勒中心偏移校正以保证后续的成像处理，此时，同一多普勒子带中仍包含多个发射机的回波，且对应发射机序号的集合为：m
l
∈Ω
l
,Ω
l
...

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