基于多個(gè)角度約束的距離模糊抑制方法

李健

【摘 要】針對(duì)合成孔徑雷達(dá)采用脈內(nèi)掃描方式獲取寬測(cè)繪帶時(shí)產(chǎn)生的距離模糊問(wèn)題，本文提出一種多個(gè)角度約束的距離模糊抑制方法，利用天線得到的空域多自由度，采用多個(gè)角度約束的自適應(yīng)波束形成解距離模糊，當(dāng)存在天線陣元位置誤差時(shí)，該方法仍具有一定的穩(wěn)健性，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的解模糊性能，并通過(guò)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】SAR;寬測(cè)繪帶;距離模糊;自適應(yīng)波束形成

中圖分類號(hào)： TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.011

A Range Ambiguity Suppression Method Based on Multiple Look-derection Constraints

LI Jian

（Xian Research Institute of Navigation Technology，Xian Shaanxi 710068，China）

【Abstract】As the intra-pulse scanning in SAR leads to range ambiguity，an innovative range ambiguity suppression method is proposed based on multiple look-direction constraints in this paper.Through the adaptive beamforming method by using more information of spatial domain，this method can resolve the problem of performance degradation caused by array displacement，which provides a great range ambiguity suppression effect.The effectiveness is verified with computer-based simulations.

【Key words】SAR;Wide swath;Range Ambiguity;Adaptive beamforming

0 引言

隨著人們對(duì)獲取地表信息需求的不斷提高，合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar， SAR）成像具有了更加廣泛的應(yīng)用前景，例如地形測(cè)繪、地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)、土地使用狀況等。為了減小傳感器再訪次數(shù)，一般需要較寬的測(cè)繪帶場(chǎng)景，這時(shí)距離向上不同測(cè)繪帶場(chǎng)景上的回波子脈沖被同時(shí)接收到，在時(shí)間上發(fā)生混疊造成距離模糊。本文構(gòu)建一種距離向多孔徑天線模型，利用天線子孔徑獲取的多自由度信息，采用多個(gè)角度約束的自適應(yīng)波束形成方法解距離模糊，當(dāng)存在天線誤差時(shí)，仍能夠獲得較好的解模糊效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨寬測(cè)繪帶成像。

1 回波信號(hào)分析

系統(tǒng)天線在距離向分為K個(gè)子孔徑，則第k個(gè)子孔徑的坐標(biāo)可以表示為（X0，Yk，Z0），其中Yk=Y0+（k-1）d，k=1，…，K，Y0為子孔徑起始位置坐標(biāo)，d為子孔徑長(zhǎng)度。假設(shè)天線在各個(gè)子脈沖持續(xù)時(shí)間Tpl（l=1，…L）內(nèi)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，通過(guò)相位加權(quán)控制波束由遠(yuǎn)及近依次照射L個(gè)子測(cè)繪帶。

當(dāng)滿足R1=cTp1/2+R2=…=c（Tp1+…+TpL-1）/2+RL的條件時(shí)[8]，其中，Rl為第l個(gè)子測(cè)繪帶上散射點(diǎn)（xl，yl，zl）到（X0，Y0，Z0）的瞬時(shí)斜距，位于L個(gè)子測(cè)繪帶上的L個(gè)不同的散射點(diǎn)回波就會(huì)同時(shí)到達(dá)接收陣元，在時(shí)域出現(xiàn)混疊，從而引起距離模糊，但是不同散射點(diǎn)在空域上會(huì)對(duì)應(yīng)不同的下視角。當(dāng)散射點(diǎn)斜距滿足距離模糊條件時(shí)，回波信號(hào)匹配濾波后再進(jìn)行方位傅里葉變換，得到的距離模糊信號(hào)為：

其中tk為快時(shí)間，fa為方位多普勒頻率，？姿為發(fā)射波長(zhǎng)，Dk=d[k-1+（K-1）/2]2，？茲l為此l子測(cè)繪帶上散射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的下視角。

2 自適應(yīng)波束形成解距離模糊

本文采用多個(gè)角度約束的自適應(yīng)波束形成方法解距離模糊，利用回波數(shù)據(jù)自適應(yīng)估計(jì)陣列權(quán)值，在空域角度上提取出所需信號(hào)分量，并抑制模糊分量。下面定義矩陣向量Az（l）為：

其中T表示轉(zhuǎn)置。

權(quán)矢量矩陣通過(guò)以下約束條件進(jìn)行確定[9]：

對(duì)于第l個(gè)子測(cè)繪帶場(chǎng)景信號(hào)s（ ），在距離包絡(luò)上加上相應(yīng)的時(shí)延？駐Tl，其中，？駐Tl=Tp1+…+Tpl-1為第l個(gè)子脈沖發(fā)射時(shí)延，則可以恢復(fù)出該子測(cè)繪帶真實(shí)位置，然后將L個(gè)子測(cè)繪帶信號(hào)拼接成完整的大測(cè)繪帶信號(hào)，解距離模糊完成。根據(jù)陣列信號(hào)處理知識(shí)可知，K個(gè)相位中心最多可以約束一個(gè)方向，形成K-1個(gè)零點(diǎn)，這就要求模糊次數(shù)L？燮K。

3 仿真結(jié)果

假設(shè)天線在距離向上分為3個(gè)子孔徑，子孔徑長(zhǎng)度d=0.8m。衛(wèi)星高度H=600km，中心頻率fc=10GHz，信號(hào)帶寬B=30MHz，PRF=780Hz。距離向分3個(gè)子脈沖由遠(yuǎn)及近照射3個(gè)子測(cè)繪帶，脈沖持續(xù)時(shí)間？駐T=30？滋s。測(cè)繪帶上三個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：（0，368.6，0）、（0，377.1，0）、（0，385.5，0），單位為km。假設(shè)距離上天線陣列其中一個(gè)陣元位置存在0.005m的誤差。則根據(jù)距離模糊條件可知，這三個(gè)散射點(diǎn)回波會(huì)在同一時(shí)刻被接收到，引起距離模糊。圖1為存在誤差時(shí)用不同方法解模糊的距離向剖面圖?？梢钥闯觯瑑煞N方法都可以解距離模糊，當(dāng)存在位置誤差時(shí)，NAB（圖1.a）方法解模糊性能會(huì)下降，而本文方法（圖1.b）具有更好的解模糊性能。

4 結(jié)論

本文利用天線在距離向獲取的多自由度信息，采用多個(gè)角度約束的自適應(yīng)波束形成解距離模糊。在存在天線誤差的情況下，該方法具有較好的魯棒性，能夠充分利用回波樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成，更好地抑制距離模糊，重構(gòu)無(wú)模糊信號(hào)。

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