一种双基星载MIMO SAR系统体制与处理方法

发布时间：2020-03-12 03:31

【摘要】：双基星载合成孔径雷达(SAR)利用双平台接收以及联合处理回波信号,在测绘、干涉测量、目标识别、自然灾害监测等领域有重要的应用价值。为了进一步提升该体制的成像性能,该文提出一种采用空时编码和短偏移正交波形的双基星载多发多收合成孔径雷达系统(MIMO SAR)。基于接收端的数字波束形成技术,该系统能够有效分离提取不同波形回波数据,获取更多空间自由度,从而同时具备双基体制和MIMO体制的优势。此外,通过对获取的不同波形图像数据做波束形成处理,该系统能够减轻2次散射干扰回波对SAR图像的影响。仿真实验验证了该系统方案的有效性。
【图文】：

双基,星载,几何模型

tstsT*D÷÷÷÷èò(t+Dt)dt=0,"Dt。这意味着在时间间隔pT/2内，两波形之间的互相关积分为零，保持相互正交。如果地面场景对应的时间范围小于半个脉冲宽度，不同波形对应的接收回波将保持相互正交，距离向脉冲压缩结果将在时域上相互分离。但是通常星载SAR照射的地面场景远大于半个脉冲宽度对应的范围，因此可以利用多波束DBF技术将整个场景的回波在角度域进行分割，确保提取的回波的角度范围受限于pT/2对应的角度范围。2.2双基星载MIMOSAR的发射信号模型双基星载MIMOSAR系统的几何模型如图1所示。MIMOSAR1和MIMOSAR2分别发射信号照射相同地面场景，在远场条件下，假设场景中的任意点目标到两个卫星平台的距离满足：图1双基星载MIMOSAR几何模型21TxcRR-Lsin(q-q)(3)其中，()()221E0EEE0R=R+H+R-2RR+Hcos(g),()E0EsinarcsinRHRqgq+÷=+÷÷÷è。1R和2R分别为目标到MIMOSAR1和MIMOSAR2的距离，TxL为两个平台之间的基线，q为目标的下视角，cq为天线法线的下视角，ER为地球半径，0H表示MIMOSAR1的轨道高度。为了满足式(3)的近似关系，需要确保场景中任意目标到MIMOSAR2的距离与该近似值之差不超过rr/2，即()1TxcR-Lsinq-q()221Tx1Txcr-R+L-2RLsinq-qr/2，其中rr表示距离向分辨率。由于卫星平台之间的基线通常很大，由式(3)可知两个SAR系统接收同一目标回波会存在时间差，因此空时编码波形是双基MIMOSAR体制的适合发射波形。考虑每个MIMOSAR系统的天线尺寸相对于回波双程路径非常小，同一目标回波到达天线俯仰向各子孔径的时间差远小于距离向时间分辨

示意图,天线结构,示意图

ㄐ?的距离向脉冲压缩结果相互分离，分别提取后，基于短偏移正交性可将两个系统的STSO波形分离，最终获得4个波形的回波数据。3双基星载MIMOSAR的回波模型和处理流程如图1所示，MIMOSAR1接收到的点目标回波信号1r(t)由两部分组成：MIMOSAR1照射点目标的回波11r(t)和MIMOSAR2照射点目标的回波21r(t)。去载频处理后，回波模型可表示为11121r(t)=r(t)+r(t)(4)1112way11b1b24()()()expj22()RtARRststccqsqlqp÷=-÷è÷÷÷-÷+-÷÷÷èèèrv(5)图2MIMOSAR天线结构示意图()()()Txc212way10d1Txcb1d1Txcb2d2sin()()()expj4expjexpj22sin2sin()()LtARfTRLstTcRLstTcqqqsqllqqqqqp-÷=÷÷÷èp÷--p÷èé--÷ê--÷÷ê÷èê--ù÷+--ú÷÷úèrv(6)其中，00v(q)=[exp(j(1-n)y)exp(j(n-n)y)Trce0e2sin()exp(j())],=1,2,,,=hNnnNqqyylp--。v(q)表示与接收端DBF密切相关的导向矢量，0n表示俯仰向子孔径的参考通道数，rh表示天线子孔径高度，2wayA(q)表示由双程方向图引起的幅度变化，s(q)表示目标的后向散射系数，c表示光速。根据2.2节的分析，采用DBF技术提取角度范围小于pT/2对应的地面场景回波，得到的处理结果为H11r(t)=wr(t)，其中w表示eN′1的加权矢量。由于在实际情况中，，形成如同理想矩形窗的窄波束来提取回波是不可实现的，因此需要利用最优阵列处理的算法来进行逼近处理，例如采用Dolph-Chebychev合成技术[19]。图4是根据表1参数计算得到的Dolph-Chebychev方向图，其中?

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