[发明专利]一种基于完全互补序列和相位补偿的MIMOSAR成像方法

摘要

本发明提出一种基于完全互补序列和相位补偿MIMO SAR成像方法。该方法通过将完全互补序列中的每个互补序列分配给每个发射天线，通过将互补序列中的两个序列在两个脉冲重复周期内交替发射实现对目标的成像，在接收端，通过相位补偿的方法对由于发射天线位置不同造成的相位偏移，由于完全互补序列匹配滤波后的无旁瓣特性，基于完全互补序列的MIMO SAR成像不用加窗函数就能压低旁瓣，并且保证了分辨率。本发明基于完全互补序列的MIMO SAR成像方法具有成像精度高，实用性强的特点，同时也解决了常规星载SAR系统中测绘带宽度与方位向分辨率不能同时提高的矛盾。

主权项

一种基于完全互补序列的MIMO SAR成像方法，其特征在于，步骤如下：步骤一：设置MIMO SAR系统参数信息，包括仿真信号、雷达运动平台和雷达波束天线的参数信息；步骤二：设置目标的信息参数，包括目标的个数、位置多点目标看成是多个单点目标仿真信号的叠加；步骤三：距离向压缩利用完全互补序列作为MIMO雷达的发射信号；假设M组互补序列{Am,Bm}组成一类完全互补序列集，子序列长度是L，互补信号{Am,Bm}在第m个天线中交替发射，第1个天线先发射序列然后延迟一个脉冲重复周期T发射序列同样，第m个天线先发射序列然后延迟一个脉冲重复周期T后发射序列这样互补序列的两个子序列在时间上分开发射，第m个发射天线的发射信号由两个序列组成，经发射天线Tx m发射出去，各接收天线Rx n接收信号；根据上述发射天线发射信号的特点，第m个发射天线的发射信号sm(τ)为：sm(τ)=Σl=0L-1[aml·rect(τ-l·TcTc)+bml·rect(τ-T-l·TcTc)]·ej2πfcτ=[sAm(τ)+sBm(τ-T)]·ej2πfcτ---(1)]]>其中，L为互补序列中每个序列的长度，T为脉冲重复周期，Tc为每个序列中子脉冲的宽度，且T＝L·Tc，表示第m个发射天线的发射信号Am的表示形式，表示第m个发射天线的发射信号Bm的表示形式，j为虚数，fc表示载频，τ为慢时间变量，rect()表示门函数：信号经目标反射后，到达第n个接收天线的回波信号为：yn(τ,t)=Σm=0M-1ρr[sAm(τ-Rm(t)+Rn(t)C)+sBm(τ-Rm(t)+Rn(t)C-T)]·wa(t-tc)·ej2πfc(τ-Rm(t)+Rn(t)C)=yn,Am(τ)+yn,Bm(τ-T)---(2)]]>其中，为第n个接收天线接收到第m个发射天线发射Am的回波，表示第n个接收天线接收到第m个发射天线发射Bm的回波，C为光速，wa(t)为方位向上天线方向性函数，tc表示波束中心偏离时间，ρr为反射回波的强度；Rm(t)表示第m个发射天线到目标的距离，Rn(t)表示第n个接收天线到目标的距离；接收天线每个接收阵元有M路子接收通道MF‑1～MF‑M，分别对应不同的发射信号，子接收通道通过匹配滤波后，区分并提取出各自对应的子发射信号的回波；对于MF‑1匹配滤波器：表示的共轭，表示的共轭，首先用与第一个脉冲重复周期内的信号进行相关，然后用对下一个脉冲重复周期内的信号相关，将相关后的结果进行叠加处理，得到匹配滤波后的结果yn1，整个过程即为匹配滤波；经过混频和匹配滤波后，第n个阵元的第m路子接收机的输出表示为：ynm(τ,t)=∫tt+Tyn(τ,t)·sm*(τ)dτ=Arwa(t-tc)[∫tt+TΣi=1Me-j2πfcRi(t)+Rn(t)CsAi(τ)·sAm*(τ)dτ+∫tt+TΣi=1Me-j2πfcRi(t)+Rn(t)CsBi(τ)·sBm*(τ)dτ]=Ar·2L·δ(τ-Rm(t)+Rn(t)C)·wa(t-tc)·e-j2πλ{Rm(t)+Rn(t)C}+Ar·wa(t-tc)·[∫tt+TΣi=1Mi≠m[sAi(τ)·sAm*(τ)+sBi(τ)sBm*(τ)]·e-j2πλ{Rm(t)+Rn(t)C}dτ]---(3)]]>式(3)的第一部分表示自相关项，第二部分Ar为互相关项之和，利用{Am,Bm}为旁瓣互补的特性，达到匹配滤波后旁瓣对消的目的，所以第二项为零值，上式简化为：ynm(τ,t)=Ar·2L·δ(τ-Rm(t)+Rn(t)C)·wa(t-tc)·e-j2πλ{Rm(t)+Rn(t)C}---(4)]]>其中，Rm(t)表示第m个发射天线到目标的距离，Rn(t)表示第n个接收天线到目标的距离，δ(t)表示冲击函数步骤四：数据整合MIMO SAR系统中空间发射模型，有M个发射天线和N个接收天线，发射天线之间、接收天线之间的间距均为d，卫星高度为h，卫星速度为va，发射天线波束中心角度为半方位向波束宽度为θ，R(t)表示第一个发射天线的初始斜距，R0为第一个发射天线在参考时刻t0时的斜距，第m个发射天线到目标的距离为第n个接收天线到目标的距离为各发射天线发送到目标的信号经目标反射后，每个接收天线都能接收到发射的信号回波，将不同的回波信号进行分离，沿方位向进行排列，对回波信号进行采样，M个发射天线通过等效采样可以获得M2个采样点，将发射天线和接收天线均匀放置，并且重叠部分算作一个采样点，最终能得到(2M‑1)个采样点；在t0时刻，第一个发射天线的斜距R(t)为：R(t)≈R0+α(t‑t0)+β(t‑t0)2其中，参数α＝‑vasinθ，参数由第m个发射天线到目标与目标到第n个接收天线的斜距之和为：Rmn(t)=Rm(t)+Rn(t)=R(t+(m-1)dva)+R(t+(n-1)dva)=2R(t)+α·(m+n-2)dva+2β·(m+n-2)dva(t-t0)+β[(m-1)2d2va2+(n-1)2d2va2]---(5)]]>则第m个发射天线与第n个接收天线之间的等效斜距为：Rmneq(t)=2R(t+(m+n-2)d2va)=2R(t)+α·(m+n-2)dva+2β·(m+n-2)dva(t-t0)+β(m+n-2)2d22va2]]>   (6)]]>对比式(5)和式(6)，两式仅在最后一项有差异，所以等效相位中心差为：Δωmn=2π(Rmneq(t)-Rmn(t))λ=β2πλ(m-n)2d22va2---(7)]]>其中λ表示波长；定义Emn为第m个天线发射、第n个天线接收的回波，将接收到的混合信号进行分离，并进行相位补偿，相应的补偿项为：φmn＝exp(jΔωmn)对于M个发射天线的MIMO SAR系统，则等效的接收信号为：Emn＝ynm·φmn,再将Emn按照如下方式进行方位向排列成E即为等效后的数据，其中m,n∈1,…,M：步骤五：对目标进行成像将每个接收数据进行距离匹配处理，匹配处理后的结果即为ynm，ynm表示第n个接收天线接收到第m个发射天线回波匹配滤波后的结果，再将其进行等效相位中心补偿，按照公式(8)中对应每列中的回波进行叠加取平均得到等效后的回波，之后进行方位向傅里叶变换处理，然后进行距离徙动校正，再通过方位向参考函数之后进行逆傅里叶变换运算，得到点目标图像；然后采用距离多普勒算法就能对点目标图像成像。