基于改進方位相位編碼的全極化SAR距離模糊抑制方法

祝曉靜李 飛王 宇王 偉*孫 翔

①(中國科學院電子學研究所 北京 100190)

②(中國科學院大學 北京 100039)

基于改進方位相位編碼的全極化SAR距離模糊抑制方法

祝曉靜①②李 飛①王 宇①②王 偉*①孫 翔①②

①(中國科學院電子學研究所 北京 100190)

②(中國科學院大學 北京 100039)

傳統全極化SAR系統交叉極化通道由于受到強同極化距離模糊信號的干擾，使得交叉極化通道的距離模糊性能急劇下降，這嚴重限制了全極化SAR系統的測繪帶寬。該文首先介紹一種擴展的極化發射體制—混合極化模式，該模式在改善交叉極化距離模糊性能的同時惡化同極化距離模糊性能。因此，為了更好地提高全極化SAR系統的距離模糊性能，該文提出一種改進的方位相位編碼方法(MAPC)。該方法通過對系統發射脈沖進行調制解調，能夠將全極化SAR系統的距離模糊能量轉移到方位向，然后利用方位向維納濾波器濾除距離模糊能量。該文的實驗結果表明MAPC技術能夠有效地去除全極化SAR系統的距離模糊能量，并擴展系統的無模糊測繪帶寬。

合成孔徑雷達；全極化；混合極化；距離模糊；改進的方位相位編碼；維納濾波器

1 引言

傳統全極化SAR采用H,V極化脈沖交替發射的工作方式，同極化距離模糊信號將疊加到交叉極化通道中，一般情況下同極化分量能量比交叉極化分量能量強6～10 dB[1]，由于受同極化分量的嚴重干擾，使得交叉極化通道的距離模糊性能急劇下降，這嚴重的限制了星載全極化SAR獲得高的測繪帶寬。因此，如何抑制交叉極化通道中的同極化距離模糊信號，以滿足系統的距離模糊性能要求已成為了當前全極化SAR系統發展所面臨的關鍵問題。

目前，為了解決上述問題，工程上普遍采用的方法包含兩類：一類是通過改變傳統全極化SAR的發射方式采用新型的極化工作模式，現有的極化工作模式主要包括極化頻分(Polarization Frequency Division,PFD)、極化碼分(Polarization Code Division,PCD)、改進的極化時分(Polarization Time Division,PTD)、改進的極化頻分[2]，這些模式雖然能夠改進全極化SAR系統的距離模糊性能，但是對系統設計以及硬件要求比較嚴格。另一類是采用距離模糊抑制算法，主要包括天線方向圖賦形、正負調頻技術[3]，方位相位編碼技術(Azimuth Phase Coding,APC)[4–6]，距離向波束形成(Digital Beam Forming,DBF)技術[7–9]，但是現有的距離模糊抑制算法都是基于單極化系統提出的，在全極化SAR系統的距離模糊性能改善上效果并不理想。

本文首先介紹了一種擴展的混合極化工作模式，該模式通過改變了傳統H/V交替發射的工作模式，極大的改善了全極化SAR系統的距離模糊性能。但是與此同時，由于交叉極化通道的同極化距離模糊信號轉移到了同極化通道中，使得同極化通道的距離模糊性能下降。因此，本文提出了一種改進的相位編碼方法，該方法通過對發射接收脈沖進行調制解調，將全極化SAR系統的距離模糊能量轉移至方位向，并結合方位向維納濾波器[10,11]將模糊能量濾除，從而進一步提高了系統的距離模糊性能。

本文余下部分結構如下：第2節介紹了傳統全極化SAR工作模式和混合極化SAR工作模式；第3節主要介紹了基于改進方位相位編碼(Modified Azimuth Phase Coding,MAPC)技術的全極化SAR距離模糊抑制方法；第4節根據仿真結果分析MAPC方法對全極化SAR距離模糊抑制效果；第5節給出了本文的結論。

2 極化SAR工作模式

2.1 傳統全極化SAR系統

全極化SAR系統采用交替發射工作模式，如圖1所示，在某個回波接收時刻，接收信號除了主測繪帶內的信號之外，也有相差k個脈沖重復周期的模糊回波信號，當k為奇數時，模糊信號對應的發射脈沖和有用信號對應的發射脈沖極化方式相反；當k為偶數時，模糊信號對應的發射脈沖和有用信號對應的發射脈沖極化方式相同[12]。

基于以上分析，在全極化SAR系統中，通過交替發射H,V極化的脈沖，H,V通道同時線極化接收，可以得到全極化SAR四通道極化數據的觀測散射矩陣為：

式(1)中RAR表示距離模糊比[13–15]。如圖2所示，假設S0表示測繪帶內有用信號的功率，Sak表示第k階模糊信號的功率，表示全極化SAR的視角，表示系統從測繪帶近端到測繪帶遠端的波束入射角，表示對應的模糊信號的入射角，表示該入射角下的歸一化后向散射系數，為距離向天線方向圖，與分別表示模糊信號與有用信號在不同入射角下對應的斜距，則系統的距離模糊比可表示為：

式(1)等號右邊第1項表示主信號的散射矩陣，剩余兩項為距離模糊信號散射矩陣，i=odd表示奇數模糊區，i=even為偶數模糊區。根據傳統極化SAR的散射矩陣可以看出，同極化通道受奇數區交叉極化距離模糊信號和偶數區同極化模糊信號的影響，而交叉極化通道受奇數區同極化模糊信號和偶數區交叉極化模糊信號的影響，由于同極化分量較交叉極化分量大6～10 dB，使得同極化通道回波受模糊信號的影響較小，但交叉極化通道回波受奇數區同極化模糊信號影響很大，很難達到系統的距離模糊性能。交叉極化通道距離模糊性能限制了系統測繪帶寬，改善全極化SAR系統交叉極化通道的距離模糊性能成為全極化SAR系統設計中一個亟待解決的問題。

圖2 星載SAR系統距離向幾何關系示意圖Fig.2 Illustration of imaging geometry for spaceborne SAR

2.2 混合極化SAR系統

通過對傳統全極化SAR系統的分析可以看出，傳統的全極化SAR系統由于采用H,V線極化交替發射的工作方式，使得交叉極化通道受到同極化模糊信號的影響，交叉極化通道的模糊性能較差，無法滿足應用要求。因此本文介紹了一種擴展的極化工作模式—混合極化模式[1]，該方式通過改變發射信號的極化方式，從而實現對交叉極化通道距離模糊性能的極大改善。

圖3 混合極化SAR系統工作模式Fig.3 Transmission mode of hybrid-pol SAR

根據混合極化SAR的工作模式可以推導出該系統接收到的四通道數據的極化散射矩陣為：

式(3)右邊第1項表示感興趣的測繪區域對應的回波信號，后面的兩項為帶外的模糊信號。根據該散射矩陣可以看出混合極化工作方式使得有用信號和距離模糊信號之間達到一個更平衡的狀態。對上述的混合極化SAR系統散射矩陣乘以變換矩陣實現極化分離：

根據分離后的散射矩陣可以看出，在使用混合極化工作模式后，交叉極化通道的回波無論是奇數模糊區還是偶數模糊區均為交叉極化距離模糊信號。不同于傳統SAR極化系統，采用混合極化結構[16,17]的SAR系統的交叉極化有用信號只受到交叉極化距離模糊信號的影響，從而大大改善了系統交叉極化通道距離模糊性能。但是根據變換后的模糊散射矩陣可以看出，雖然交叉極化通道受到了能量較低的交叉極化模糊分量的影響，但是整個散射矩陣整體的模糊能量并沒有減少。

3 改進的方位相位編碼方法

為了進一步提高全極化SAR系統的整體模糊性能，本文提出了一種改進的方位相位編碼方法。不同于混合極化工作方式以降低同極化通道的距離模糊性能為代價來提高交叉極化通道的距離模糊性能，該方法能夠對整個系統的距離模糊性能進行提高。APC技術的本質是將距離模糊轉移到方位向，利用方位向濾波技術濾除距離模糊能量[19]。通過對發射信號相位調制，并對接收回波進行相位解調，再通過方位向濾波的方法有效的抑制SAR系統的距離模糊。

3.1 方位相位編碼原理

傳統的單通道單極化SAR系統中，APC技術抑制距離模糊分為3個步驟，首先對發射信號進行相位調制，調制相位如下所示：

其中，l表示第幾個發射脈沖，M表示頻率偏移因子，。然后對接收回波信號進行相位解調：

其中，n表示第幾個接收脈沖，m表示發射脈沖與接收脈沖的脈沖間隔。解調后k階距離模糊信號的剩余相位為：

根據上式可以看出，通過方位相位編碼解調以后，第k距離模糊信號在方位向產生了一個線性的剩余相位，所以在多普勒頻域內會產生一個的頻率偏移，因此在方位向利用矩形濾波器可以濾除在PRF和多普勒處理帶寬Bp之間的距離模糊能量。傳統APC技術在方位向加上一個帶寬為Bp，幅度為1的矩形濾波器以此濾去在PRF和多普勒處理帶寬Bp之間的距離模糊能量，該濾波器能夠保證帶內有用信號能量沒有損失的情況濾除帶外模糊能量。濾波后系統的距離模糊比可表示為：

圖4為M=2時APC使信號產生頻譜搬移的示意圖。通過提高系統的PRF可以使模糊信號在方位向產生更大的頻移，結合濾波器濾除的模糊能量就越多。由于在SAR系統中，一階距離模糊信號能量占主導地位，并且在傳統全極化SAR系統中交叉極化通道受到奇數階同極化分量的干擾嚴重，因此本文的APC技術改進基于M=2。

3.2 基于MAPC的傳統全極化SAR系統

全極化SAR系統采用交替發射不同極化的信號，兩個通道同時接收的工作方式，因此，全極化SAR系統在方位向具有兩個通道，并且兩個通道之間由于發射的極化方式的不同，使得不同極化方式的模糊信號存在耦合。全極化SAR系統經APC調制后，兩個接收通道的解調是獨立的，如果按照單通道的APC調制解調方式會導致兩個通道的信號無法產生剩余的線性相位，從而無法讓模糊信號在多普勒頻域產生平移然后濾除。此時需要對原來的APC發射調制方式做一個改進，讓系統接收解調后，使兩個通道的模糊信號均能產生剩余的線性相位，即能夠將使距離模糊信號在多普勒頻域相對有用信號產生一個頻率偏移，然后在方位向上利用方位向濾波技術濾除相關的距離模糊能量。

本文提出的MAPC方法主要包含3個步驟：

(1) 對發射信號在方位向上使用改進的APC技術進行發射相位調制。

(2) 對方位向接收到的信號進行接收相位的解調。

(3) 將信號變換到多普勒頻域中使用維納濾波器濾除模糊信號能量。

傳統全極化SAR系統的APC的具體調制方式如圖5所示。

圖4 APC方法M=2時方位向多普勒頻譜示意圖Fig.4 Doppler spectrum after APC modulation and demodulation (M=2)

圖5 全極化SAR系統中MAPC的發射調制方式Fig.5 Modified APC modulation based on quad-pol SAR systems

即H極化發射脈沖不調制，V極化發射脈沖采用線性相位的調制方式：

其中，n表示第幾個發射脈沖。MAPC方法的解調方式與傳統APC技術解調方式一致。H,V通道接收解調后。傳統全極化SAR系統H/V通道4個極化分量的k階距離模糊信號的剩余相位可表示為：

可以看出傳統全極化SAR系統經過MAPC調制解調后，H通道和V通道的所有分量的奇數階信號在方位向上均產生剩余的線性相位，因此在多普勒頻域會產生PRF/2的頻移。

由于傳統全極化SAR系統的PRF受系統限制不可能設計的很高，所以使用傳統APC的濾波技術只能濾除很少一部分的距離模糊能量。本文基于最小均方差理論(MMSE)，即最小化無模糊信號與濾波后信號的均方誤差，構建了方位向維納濾波器用以濾除更多的模糊能量[11]。該方法實現的關鍵點是信號與模糊的頻譜存在“不一致性”。經過MAPC技術后距離向模糊能量轉化到了方位向，并且在多普勒頻域內距離模糊頻譜相對于有用信號頻譜發生偏移。這使得在多普勒帶寬內設計一個濾波器在滿足MMSE前提下，濾除一部分帶內的模糊能量成為可能。維納濾波器在解決MMSE問題上表現出良好的性能，因此本文構建維納濾波器代替傳統的矩形濾波器。維納濾波器表示為：

如果采用維納濾波器，則濾波系數可表示為：

其中H(f)為頻域維納濾波器。

3.3 基于MAPC的混合極化SAR系統

在混合極化SAR系統中，各個通道之間混合極化接收數據在接收后需要進行矩陣變換，將混合極化數據轉化為四極化數據，當通道與通道之間對應模糊區的相位一致，混合極化數據可以很好的分離為四極化數據，此時4個通道的極化數據都只會受到與主信號相同的極化方式的模糊信號的影響。下面給出基于MAPC方法的混合極化SAR系統進行數據分離后的結果：

最后由于奇數區模糊在矩陣變換后存在線性相位，因此可以利用方位向濾波技術濾除多余的模糊能量。注意分離后奇數區的交叉極化通道的分量符號相反并且具有相同的線性相位，因此依然可以通過互易定理去除交叉極化通道的奇數區的距離模糊能量。

4 仿真結果與分析

為了驗證對比本文中的MAPC方法的模糊抑制效果，本文采用L波段全極化SAR系統對傳統全極化SAR系統4個通道的距離模糊比(Range Ambiguity to Signal Ratio,RASR)進行仿真。表1為L波段雷達系統參數，圖6以斑馬圖的形式給出了全極化SAR系統不同視角下PRF的選擇情況。

表1 L波段全極化SAR系統參數Tab.1 Parameters for system examples

根據圖6中給出的L波段全極化SAR系統的PRF參數，對傳統全極化以及混合極化SAR系統的RASR進行仿真對比分析。根據圖7(a)可以看出，由于同極化分量與交叉極化分量相差較大，使得交叉極化通道回波受奇數區同極化模糊信號影響很大，交叉極化通道距離模糊性能明顯低于同極化通道，很難達到系統的距離模糊性能。但是根據混合極化模式的RASR曲線圖7(b)可以看出，由于交叉極化通道只受到交叉極化距離模糊信號的影響，因此交叉極化通道距離模糊水平低于–20 dB。

圖6 全極化SAR系統不同波位的PRF值Fig.6 Parameterof PRF for quad-pol SAR system

圖7 L波段不同工作模式下同極化通道與交叉極化通道的RASR曲線Fig.7 RASR of cross-pol and co-pol channels for L-band SAR systems based on different transmission mode

圖8給出了L波段傳統全極化SAR系統在使用MAPC情況下，不同濾波方法給系統模糊信號和有用信號帶來的能量損失。從VV通道的仿真結果可以看出，使用基于矩形濾波器的MAPC方法后，模糊信號能量濾除了20%～40%，有用信號沒有產生損失。而使用基于最優化維納濾波器的MAPC后使得系統的模糊能量濾除了65%～88%，與此同時有用信號也產生了接近35%的能量損失?？梢钥闯?，采用維納濾波器比采用矩形濾波器平均多濾除10%的模糊能量。由于模糊能量在濾波過程中濾除較多，使得系統的距離模糊性能得到了改善。

圖9對比了L波段全極化SAR系統在使用基于不同方位濾波方法的MAPC技術時系統同極化通道與交叉極化通道的距離模糊比曲線。其中圖9(a)和圖9(b)主要是針對L波段傳統全極化SAR系統，其中圖9(a)為VV通道，圖9(b)為HV通道。根據傳統全極化SAR系統VV通道和HV通道未使用任何距離模糊抑制算法(藍色曲線)的RASR仿真結果可以看出，在該發射模式下，VV通道與HV通道距離模糊水平差異很大，同極化通道的距離模糊水平較高，而交叉極化通道的距離模糊水平非常低。由于基于矩形濾波器的MAPC技術(紅色曲線)最多只能濾除奇數模糊區的能量，而MAPC技術受限于系統的PRF。對于VV極化通道，奇數模糊區為能量較低的HV極化信號，所以MAPC技術使同極化通道的距離模糊比改善比較小，而采用了基于維納濾波器的MAPC技術后(綠色曲線)，VV極化通道的距離模糊性能得到了部分改善，距離模糊比提高了約2 dB。對于HV極化通道來說，由于交叉極化通道的奇數模糊區的信號為能量較高的同極化信號，所以使用MAPC技術后濾除的能量比同極化通道多，導致HV極化通道的距離模糊性能改善效果比同極化通道明顯，但是同樣受到系統PRF的限制，使得MAPC方法對于交叉極化通道的距離模糊性能僅有了2 dB提高，但是在結合了方位向維納濾波技術后，交叉極化通道的距離模糊性能提高了約7 dB，極大地提高了系統的交叉極化通道的距離模糊性能。

圖8 矩形濾波與維納濾波時信號與模糊能量損失比Fig.8 Compares filtering performance of rectangular filter and azimuth Wiener filter

圖9 MAPC方法對同極化通道與交叉極化通道RASR影響Fig.9 Compares RASR of HH and HV-pol channel by using MAPC technique based on rectangular filter/azimuth Wiener filter

而圖9(c)和圖9(d)主要是針對基于混合極化體制的MAPC技術的仿真對比分析，首先通過混合極化發射模式使得4個通道距離模糊能量得到一個更好的均衡，此時4個通道的距離模糊水平基本一致，采用距離模糊抑制方法對4個通道的距離模糊抑制效果一致。圖9(c)和圖9(d)的仿真結果也驗證了這一樣結論，無論是VV通道還是HV通道，采用基于矩形濾波器的MAPC技術對該混合極化SAR系統提高的距離模糊比約2 dB，采用基于維納濾波器的MAPC技術系統的距離模糊比改善了4～6 dB。對比傳統全極化SAR系統和混合極化SAR系統，對于VV通道，由于混合極化模式中VV通道濾除的奇數模糊區能量為同極化分量而非傳統全極化模式的交叉極化分量，因此采用混合極化發射模式時濾波器濾除的模糊能量更多。

最后，為了驗證本文中的距離模糊抑制方法對面目標的改善效果，圖10給出了L波段VH極化和HH極化在不同工作模式和不同距離模糊抑制方法下的實測圖像。圖10(a)為傳統全極化SAR系統VH交叉極化的回波圖像，由于受同極化距離模糊污染嚴重，使得圖像的質量急劇下降。根據圖10(c)所示，通過采用混合極化的工作模式，交叉極化通道的距離模糊能量被轉移，使得圖像性能得到了大幅度的提升，但是還是存在少量的距離模糊條紋。根據圖10(e)所示，通過MAPC技術，傳統全極化SAR系統HH通道與HV通道絕大部分模糊能量被去除。但是由于交叉極化通道奇數模糊區距離模糊分量為同極化距離模糊信號，并且受到系統PRF限制，使得交叉極化圖像性能雖然得到了大幅度的提升，但是在圖像邊緣存在少量的距離模糊條紋。最后為了進一步去除圖像中的距離模糊能量，采用了基于MAPC的混合極化SAR系統，由圖10(g)可以看出，此時圖像基本不再受距離模糊的干擾，絕大部分模糊能量被濾除。

與交叉極化VH圖像圖10(a)相比，在傳統全極化SAR系統下，由于同極化HH通道受到弱模糊信號的影響影響，所以同極化HH回波圖像圖10(b)受距離模糊影響很小。通過使用混合極化發射模式后，由圖10(d)可以看出，此時的圖像相比于傳統全極化模式圖像圖10(b)相比存在部分距離模糊條紋，即在混合極化模式下，同極化通道距離模糊水平降低了，這是因為在該模式下，交叉極化通道奇數模糊區的強同極化距離模糊能量轉移到了同極化通道，使得在交叉極化距離模糊改善的情況下，同極化距離模糊被增大。根據圖10(f)的圖像可以看出，傳統全極化SAR系統HH通道的奇數模糊區模糊能量較低，采用MAPC后HH通道的圖像質量不會產生模糊條紋。最后通過結合MAPC和混合極化SAR系統，由圖10(h)可以看出，此時HH同極化圖像的不存在模糊條紋，并且大部分模糊能量被濾除，圖像的質量顯著提高。即通過使用MAPC方法彌補了混合極化SAR系統引起的同極化通道距離模糊性能下降的缺點。

圖10 不同工作模式及距離模糊方法抑制下同極化通道與交叉極化通道實測圖像對Fig.10 Images on left-hand side are VH-pol image,images on right-hand side are HH-pol image.(a) and (b) are assumed that the system operateswith conventional quad-pol mode.(c) and (d) are assumed that the system operates with hybrid-pol mode.(e) and (f) are assumed that the modified azimuth phase coding is used to the hybrid-pol SAR system

5 結束語

根據第4小節給出的仿真結果可以看出，混合極化模式在改善全極化SAR系統交叉極化距離模糊性能上表現出極佳的效果。但是同時也帶來了同極化通道距離模糊的部分下降。本文提出了一種新型的全極化SAR系統距離模糊抑制方法—MAPC方法，該方法不僅能夠在彌補混合極化SAR系統同極化通道模糊性能下降的問題而且能將全極化SAR系統距離模糊水平整體提高，不同于其它的距離模糊抑制方法使距離模糊能量散焦，通過使用MAPC以及方位向維納濾波器，全極化SAR系統中的距離模糊能量能夠被大部分濾除，并且該方法在面目標上也表現出良好的距離模糊抑制效果。MAPC技術通過對全極化SAR系統交替發射的脈沖進行方位相位編碼，使得接收到的距離模糊信號在多普勒頻域產生PRF/2的頻移，利用方位向濾波技術能夠將模糊能量濾除，從而有效地改善了全極化SAR系統的距離模糊性能。將MAPC技術與混合極化發射模式進行結合，先利用混合極化模式將全極化SAR系統四通道的距離模糊能量進行均衡，然后利用MAPC技術對系統的距離模糊進行進一步的抑制，使得整個全極化SAR系統的距離模糊水平得到更大的改善，從而顯著的擴展全極化SAR系統的可視測繪帶寬，這對于全極化SAR系統的發展具有重要意義。

[1]Raney R K,Freeman A,and Jordan R L.Improved range ambiguity performance in quad-pol SAR[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2012,50(2): 349–356.DOI: 10.1109/TGRS.2011.2121075.

[2]楊汝良,戴博偉,李海英.極化合成孔徑雷達極化層次和系統工作方式[J].雷達學報,2016,5(2): 132–142.Yang Ru-liang,Dai Bo-wei,and Li Hai-ying.Polarization hierarchy and system operating architecture for polarimetric Synthetic Aperture Radar[J].Journal of Radars,2016,5(2):132–142.

[3]Mittermayer J and Martínez J M.Analysis of range ambiguity suppression in SAR by up and down chirp modulation for point and distributed targets[C].Proceedings of the 2003 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium,Toulouse,France,2003,6: 4077–4079.

[4]Dall J and Kusk A.Azimuth phase coding for range ambiguity suppression in SAR[C].Proceedings of the 2004 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium,Anchorage,AK,USA,2004,3: 1734–1737.

[5]Bordoni F,Younis M,and Krieger G.Ambiguity suppression by azimuth phase coding in multichannel SAR systems[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2012,50(2): 617–629.DOI: 10.1109/TGRS.2011.2161672.

[6]Yang Jun,Sun Guang-cai,Wu Yu-feng,et al..Range ambiguity suppression by azimuth phase coding in multichannel SAR systems[C].Proceedings of IET International Radar Conference 2013,Xi'an,China,2013:1–5.

[7]Gebert N,Krieger G,and Moreira A.Digital beamforming on receive: Techniques and optimization strategies for highresolution wide-swath SAR imaging[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2009,45(2): 564–592.DOI: 10.1109/TAES.2009.5089542.

[8]Krieger G,Gebert N,and Moreira A.Multidimensional waveform encoding: A new digital beamforming technique for synthetic aperture radar remote sensing[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2008,46(1): 31–46.DOI: 10.1109/TGRS.2007.905974.

[9]Huber S,Younis M,Patyuchenko A,et al..Digital beam forming techniques for spaceborne reflector SAR systems[C].Proceedings of the 201th European Conference on Synthetic Aperture Radar (EUSAR),Aachen,Germany,2010: 1–4.

[10]Di Martino G,Iodice A,Riccio D,et al..Filtering of azimuth ambiguity in stripmap synthetic aperture radar images[J].IEEE Journal of Selected Topics in Applied EarthObservations and Remote Sensing,2014,7(9): 3967–3978.DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2320155.

[11]Guarnieri A M.Adaptive removal of azimuth ambiguities in SAR images[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2005,43(3): 625–633.DOI: 10.1109/TGRS.2004.842476.

[12]洪文,楊士林,李洋,等.分布式目標的極化SAR距離模糊計算方法研究[J].電子與信息學報,2015,37(6): 1437–1442.Hong Wen,Yang Shi-lin,Li Yang,et al..Study on polarimetric SAR range ambiguity computation for distributed targets[J].Journal of Electronics&Information Technology,2015,37(6): 1437–1442.DOI:10.11999/JEIT141234.

[13]Li P K and Johnson W T K.Ambiguities in spacebornene synthetic aperture radar systems[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,1983,AES-19(3):389–397.DOI: 10.1109/TAES.1983.309319.

[14]Callaghan G D and Longstaff I D.Wide-swath space-borne SAR and range ambiguity[C].Proceedings of Radar 97(Conf.Publ.No.449),Edinburgh,UK,1997: 248–252.

[15]Cordey R.Range ambiguities for a polarimetric spaceborne SAR[C].Proceedings of IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium,Houston,TX,USA,1992:637–639.

[16]Raney R K.Hybrid-polarity SAR architecture[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2007,45(11): 3397–3404.DOI: 10.1109/TGRS.2007.895883.

[17]Raney R K,Spudis P D,Bussey B,et al..The lunar mini-RF radars: Hybrid polarimetric architecture and initial results[J].Proceedings of the IEEE,2011,99(5): 808–823.DOI: 10.1109/JPROC.2010.2084970.

[18]Raney R K.A ‘free’ 3-dB cross-polarized SAR data[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,1988,26(5): 700–702.DOI: 10.1109/36.7698.

[19]郭磊,王宇,鄧云凱,等.基于方位向相位編碼技術的方位向多通道SAR距離模糊抑制方法[J].電子與信息學報,2015,37(3):601–606.Guo Lei,Wang Yu,Deng Yun-kai,et al..Range ambiguity suppression for multi-channel SAR system using azimuth phase coding technique[J].Journal of Electronics&Information Technology,2015,37(3): 601–606.DOI:10.11999/JEIT140707.

Range Ambiguity Suppression Approach for Quad-pol SAR Systems Based on Modified Azimuth Phase Coding

Zhu Xiaojing①②Li Fei①Wang Robert①②Wang Wei①Sun Xiang①②

①(Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China)

②(University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100039,China)

For conventional quadrature-polarimetric (quad-pol) Synthetic Aperture Radar (SAR) systems,as cross-polarized (cross-pol) channels are influenced by the strong co-polarized (co-pol) range ambiguous returns,the range ambiguity levels of cross-polchannels are markedly reduced,which severely restricts the unambiguous swaths.A novel transmission scheme called a hybrid-polarimetric (hybrid-pol) mode is introduced to enhance the range ambiguity levels of cross-pol channels.This scheme improves the performance of cross-pol channels with regards to range ambiguity but deteriorates that of co-pol channels.Therefore,to further enhance the range ambiguity levels of quad-pol SAR systems,the Modified Azimuth Phase Coding (MAPC) technique based on hybrid-pol SAR systems is proposed in this study.By taking advantage of the MAPC modulation/demodulation,the power of range ambiguities is transferred to the azimuth that is filtered by an optimized Wiener filter in the Doppler domain.The simulation results validate that the MAPC technique can markedly eliminate the range ambiguity of quad-pol SAR systems and extend the unambiguous swaths.

Synthetic Aperture Radar (SAR); Quadrature-polarimetric (quad-pol); Hybrid-polarimetric (hybrid-pol); Range ambiguity; Modified Azimuth Phase Coding (MAPC); Wiener filter

s: The National Natural Science Foundation of China (61422113),The National Ten Thousand Talent Program-Young Top Notch Talent Program,The Hundred Talents Program of the Chinese Academy of Sciences,The TWIn-L SAR (TerrainWide-Swath Interferometry L-band SAR) Program

TN957.52

A

2095-283X(2017)04-0420-12

10.12000/JR17015

祝曉靜,李飛,王宇,等.基于改進方位相位編碼的全極化SAR距離模糊抑制方法[J].雷達學報,2017,6(4): 420–431.

10.12000/JR17015.

Reference format:Zhu Xiaojing,Li Fei,Wang Robert,et al..Range ambiguity suppression approach for Quadpol SAR systems based on modified azimuth phase coding[J].Journal of Radars,2017,6(4): 420–431.DOI:10.12000/JR17015.

祝曉靜(1992–)，女，貴州人，中國科學院電子學研究所通信與信息系統專業碩士研究生，研究方向為星載極化合成孔徑雷達系統設計、SAR系統距離模糊抑制及信號處理。

E-mail: amazing_zhu@163.com

李 飛(1976–)，男，四川人，現為中國科學院電子學研究所研究員，碩士生導師，研究方向為星載合成孔徑雷達系統總體及總控技術研究。

E-mail: lifei@mail.ie.ac.cn

王 宇(1980–)，男，河南人，現為中國科學院電子學研究所研究員，博士生導師，研究方向為SAR系統設計與信號處理技術。

E-mail: yuwang@mail.ie.ac.cn

王 偉(1985–)，男，河北人，畢業于中國科學院電子學研究所，獲得博士學位，現為中國科學院電子學研究所助理研究員，研究方向為新體制星載SAR系統設計和信號處理。

E-mail: ww_nudt@sina.com

孫 翔(1991–)，女，北京人，中國科學院電子學研究所通信與信息系統專業博士研究生，研究方向為極化與極化干涉數據處理。

E-mail: feixiang19913@163.com

2017-02-14；改回日期：2017-05-14；網絡出版：2017-06-19

*通信作者： 王偉 ww_nudt@sina.com

國家自然科學基金優秀青年基金(61422113)，國家萬人計劃-青年拔尖人才，中科院百人計劃，L波段差分干涉SAR項目