[发明专利]一种基于完备正交序列的MIMOSAR成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及MIMO雷达中一种基于完备正交序列的MIMO SAR成像算法。

背景技术

本项目得到国家自然科学基金青年项目(61401407)的资助。多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)技术在无线通信领域于20世纪90年代由贝尔实验室首先发明，MIMO无线通信分为利用空时编码提高信噪比的技术和多天线同时发送不同信息提高传输速率的技术两种主要方式。合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)属于一种高分辨率成像雷达，具有全天时、全天候工作的能力，目前提升SAR系统的成像质量一直是SAR研究所追求的目标。由于传统体制SAR技术在距离向，需要使用频域加窗方式提高距离向峰值旁瓣比，但这种方式会造成主瓣展宽降低了图像分辨率，同时，在方位向，图像分辨率与观测宽度同样存在不可调和的矛盾。

随着MIMO通信系统的研究，人们又提出了MIMO雷达的概念。通过相互正交的发射波形，提高MIMO SAR系统的自由度以及灵活的天线配置。发射波形的性能直接影响到MIMO SAR成像质量的优劣。传统SAR系统常用线性调频序列作为发射信号来进行成像，而MIMO SAR系统对发射波形提出了更高的要求，需要各个发射天线发射的信号波形相互正交，而完备正交序列是一种完全正交的序列，通过多组序列之间相关函数互补的特点达到完全正交的目的。

目前关于完备正交序列应用到MIMO SAR系统中应用文献不多，由于完备正交序列由多组序列组成，并且每组序列又由多个子序列构成，因此对于这种完全正交的序列，如何构造匹配滤波器成为了研究的重点。由于完备正交序列的多组多序列特点，与MIMO SAR系统的特点进行结合，使得在距离向，通过完备正交序列的多组与MIMO系统的多发射天线进行对应，由于完备正交序列的完全正交性(即非周期自相关函数旁瓣为零和非周期互相关函数主瓣和旁瓣均为零)，所以获得较低的峰值旁瓣比；在方位向，由于每组序列又由多个子序列构成，这些子序列的交替发射达到方位向多通道的效果，提高了对地观测宽度，所以利用完备正交序列与MIMO SAR系统在距离向和方位向的吻合特点，达到成功应用的效果。

发明内容

本发明针对MIMO雷达系统中发射信号选择难并且成像结果不理想的问题，提供了一种基于完备正交序列的MIMO SAR成像算法。

一种基于完备正交序列的MIMO SAR成像算法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：将发射天线的信号数据进行整合：

步骤二：将每个接收天线接收到来自所有发射天线上的数据进行合并：

步骤三：构造基于发射的完备正交序列的匹配滤波器；

步骤四：距离向傅里叶变换；

利用步骤二和步骤三得到的发射数据和相应的匹配滤波器数据，对数据进行距离向的傅里叶变换；

步骤五：方位向傅里叶变换；

对于步骤四中得到的距离向傅立叶变换后的结果进行方位向傅立叶变换得到二维频域信号；

步骤六：距离徙动校正和方位向聚焦；

对步骤五中得到的二维频域信号进行距离徙动校正和方位向聚焦操作。

所述的步骤一具体为：

其中A_m和B_m分别表示发射的互补序列：

其中表示序列Am的第l个码元，表示序列B_m的第l个码元，M表示总的发射天线对数；

其中τ为距离向的快时间变量，和分别对应互补序列A_m和B_m所发射的信号部分，表示延迟一个PRT时间发射；PRT表示脉冲重复时间，T_c是子脉冲时间宽度,T_p＝L·T_c表示每个码型A_m或者B_m的码宽,L表示码的长度，f_c表示系统载频，且rect()表示矩形窗函数。

所述的步骤二具体为：

其中ρ₀表示信号的幅度值，为复数，c为光速，τ表示距离向的快时间变量，η表示方位向的慢时间变量，η_c表示波束中心时刻，ω_a(η-η_c)是方位向包络，exp{·}表示指数符号，R_mn(η)表示第m个发射天线到目标的斜距以及目标到第n个接收天线的瞬时斜距。