多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)波形正交性差及發(fā)射信號脈沖重復(fù)頻率高的問題。其實現(xiàn)步驟是：1、計算波形設(shè)計所需的載頻變化量Δfij；2、根據(jù)載頻變化量Δfij，計算發(fā)射-接收組合Ai-Aj的發(fā)射信號的載頻fij；3、利用發(fā)射-接收組合Ai-Aj與Aj-Ai的頻移一致性，對載頻fij進(jìn)行無冗余處理；4、根據(jù)無冗余載頻個數(shù)，將第i個陣元Ai的發(fā)射脈沖進(jìn)行子脈沖個數(shù)劃分，對每個子脈沖分配載頻；5、利用載頻fij對各陣元的各個發(fā)射子脈沖分別進(jìn)行調(diào)制，得到雷達(dá)波形信號si(t)。本發(fā)明不僅有效地降低了脈沖重復(fù)頻率，提高了波形的正交性，而且獲得了更大的測繪帶寬度，可用于多發(fā)多發(fā)的干涉合成孔徑雷達(dá)成像。
【專利說明】多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法。該方法可用于干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，通過優(yōu)化發(fā)射信號波形，在獲取較高波形正交性的同時，將不同視角觀測引起的地面散射系數(shù)的頻移進(jìn)行補(bǔ)償，提高多收多發(fā)干涉合成孔徑雷達(dá)信號的利用率及測繪帶寬度。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉合成孔徑雷達(dá)是一般合成孔徑雷達(dá)功能的延伸和發(fā)展，它利用多個接收天線或單個天線多次觀測得到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉處理，可以對地面的高程進(jìn)行估計、對海流進(jìn)行測高和測速、對地面運動目標(biāo)進(jìn)行檢測和定位。由于干涉合成孔徑雷達(dá)能夠增強(qiáng)合成孔徑雷達(dá)獲取信息的能力，在軍事、科研、國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，因而也獲得了廣泛重視。
[0003]近年來興起的多發(fā)多收雷達(dá)技術(shù)為增加干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)獨立觀測通道的數(shù)量提供了另一條可行且成本較低的技術(shù)途徑。多發(fā)多收技術(shù)起源于通信領(lǐng)域，其特點是:發(fā)射時各陣元發(fā)射彼此正交的信號，接收時在每個接收陣元上通過匹配濾波器組將不同發(fā)射信號的回波彼此分離開來。由于不同的收、發(fā)組合會帶來不同的回波延遲相位，因此，利用多發(fā)多收技術(shù)能夠得到更多的虛擬觀測通道，且各發(fā)射信號的正交性使得各虛擬觀測通道的輸出數(shù)據(jù)等效獨立。將多發(fā)多收技術(shù)引入多通道干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)，就能在不增加工作頻率或者觀測陣元的條件下增加干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的獨立觀測通道數(shù)量，從而提高其高程測量的性能。因此，研究基于多發(fā)多收的多通道干涉合成孔徑雷達(dá)高程測量技術(shù)對于提高干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的高程測量精度及其應(yīng)對復(fù)雜地形的能力有著十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
[0004]在多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)中，實現(xiàn)多發(fā)多收技術(shù)的關(guān)鍵在于發(fā)射的多路信號具有極高的隔離度，使得接收端的多路回波信號能夠無互擾的分離。因而，對多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)的波形設(shè)計提出了極高的要求。針對發(fā)射信號高隔離度及回波無互擾的這些要求，目前主要有以下幾種波形設(shè)計的方法:
[0005]第一種方法，正交波形設(shè)計。是對發(fā)射的各路信號進(jìn)行正交化，在接收端，利用信號的正交性對回波信號進(jìn)行有效的分離，這種方法在波形正交化時，由于正交調(diào)制信號的自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)的積分旁瓣電平較高，且無法通過加窗予以抑制，導(dǎo)致信號波形正交性較差，因此，回波間的互擾將較為嚴(yán)重，以致于很難滿足成像的要求。
[0006]第二種方法，空時編碼波形設(shè)計。是通過發(fā)射的各路信號進(jìn)行空時編碼，在接收端，利用解碼的方式對回波信號進(jìn)行有效的分離。這種方法雖說可極大的降低信號之間的互擾，但由于需要通過增加發(fā)射信號波形的重復(fù)頻率來實現(xiàn)，因而會以大幅度降低測繪帶寬度作為代價來滿足多普勒無模糊與距離無模糊二者的要求，故極大的降低了多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有波形設(shè)計方法存在的問題，提出一種多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，以減小各陣元發(fā)射信號的脈沖重復(fù)頻率，并提高各陣元發(fā)射信號之間的正交性。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟:
[0009](I)利用多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射陣元Ai和接收陣元~組成發(fā)射-接收組合A1-Aj,其中，i = 1，2，…，M，j = 1,2,…，M，M為陣元個數(shù)；設(shè)發(fā)射-接收組合中的第一組組合A1-A1為參考組合，并根據(jù)發(fā)射-接收組合A1-A^與參考組合A1-A1之間的地面散射系數(shù)的頻移，計算波形設(shè)計所需的載頻變化量Afij ；
[0010](2)根據(jù)載頻變化量A f.j,計算發(fā)射-接收組合A1-Aj的發(fā)射信號的載頻fij為:fij = f。+Afij，其中，f。為參考載頻；
[0011](3)利用發(fā)射-接收組合A1-Aj與Aj-Ai的頻移一致性，對載頻fu進(jìn)行無冗余處理，即去除fij、fji中的一項，其中，i幸j，得到發(fā)射-接收組合A1-Aj無冗余載頻,并計算出無冗余載頻數(shù)為:N = M(M+l)/2 ；
[0012](4)根據(jù)無冗余載頻個數(shù)，將第i個陣元Ai的發(fā)射脈沖Si (t)進(jìn)行子脈沖個數(shù)劃分，并對每個子脈沖進(jìn)行載頻分配；
[0013](5)利用步驟(2)所述的載頻對各陣元的各個發(fā)射子脈沖分別進(jìn)行調(diào)制，得到雷達(dá)波形信號Si (t)如下:
[0014]當(dāng)雷達(dá)的陣元個數(shù)M為偶數(shù)時:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，其包括如下步驟: (1)利用多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射陣元Ai和接收陣元~組成發(fā)射-接收組合A1-Aj,其中，i = 1,2,…，M，j = 1,2,…，M，M為陣元個數(shù)；設(shè)發(fā)射-接收組合中的第一組組合A1-A1為參考組合，并根據(jù)發(fā)射-接收組合A1-A^與參考組合A1-A1之間的地面散射系數(shù)的頻移，計算波形設(shè)計所需的載頻變化量Afij ； (2)根據(jù)載頻變化量AfiJ,計算發(fā)射-接收組合A1-Aj的發(fā)射信號的載頻為

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，其中步驟(1)所述的根據(jù)發(fā)射-接收組合A1-A^與參考組合A1-A1之間的地面散射系數(shù)的頻移，計算波形設(shè)計所需的載頻變化量Afu，按如下步驟進(jìn)行: 2a)設(shè)參考組合A1-A1以及發(fā)射-接收組合A1-Ai的地面散射系數(shù)的頻譜函數(shù)分別為r n (fr)和 r ^fr)，得到二者的關(guān)系為 r^fr) = r Jfr+Afc ij),其中，Afe,^ 為 r (fr)相對于r n (fr)的頻移，fr為距離維頻率；2b)設(shè)陣元的俯仰視角為0 =H1，…，Qi，…，eM]，其中，Gi為第i個陣元Ai的俯仰視角，根據(jù)上述2a)中地面散射系數(shù)頻譜函數(shù)的關(guān)系表達(dá)式，計算得到ru(f；)與rn(f；)相對頻移為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，其中所述步驟(4)中對第i個陣元Ai的發(fā)射脈沖Si (t)進(jìn)行子脈沖個數(shù)劃分，按如下規(guī)則進(jìn)行: 當(dāng)雷達(dá)陣元數(shù)M為偶數(shù)時，劃分的子脈沖數(shù)目Pi為: B=I 11 ,苴中 i = I 2...M
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多發(fā)多收干涉合成孔徑雷達(dá)時頻二維信號波形設(shè)計方法，其中所述步驟(4)中對每個子脈沖進(jìn)行載頻分配，按如下規(guī)則進(jìn)行: 當(dāng)雷達(dá)陣元數(shù)M為偶數(shù)時，分配的載頻Fi為=Fi = [fn,…，fik]，其中，i為發(fā)射陣元的序號，k為接收陣兀的序號；當(dāng)^ < -+ I時，
【文檔編號】G01S13/90GK103605112SQ201310647455
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】唐世陽, 劉楠, 郭蘋, 張林讓, 張娟 申請人:西安電子科技大學(xué)