基于多個角度約束的距離模糊抑制方法

李健

【摘 要】針對合成孔徑雷達采用脈內掃描方式獲取寬測繪帶時產生的距離模糊問題，本文提出一種多個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，采用多個角度約束的自適應波束形成解距離模糊，當存在天線陣元位置誤差時，該方法仍具有一定的穩健性，能夠實現較好的解模糊性能，并通過仿真進行了驗證。

【關鍵詞】SAR;寬測繪帶;距離模糊;自適應波束形成

中圖分類號： TN957 文獻標識碼： A 文章編號： 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

隨著人們對獲取地表信息需求的不斷提高，合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar， SAR）成像具有了更加廣泛的應用前景，例如地形測繪、地質災害檢測、土地使用狀況等。為了減小傳感器再訪次數，一般需要較寬的測繪帶場景，這時距離向上不同測繪帶場景上的回波子脈沖被同時接收到，在時間上發生混疊造成距離模糊。本文構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，采用多個角度約束的自適應波束形成方法解距離模糊，當存在天線誤差時，仍能夠獲得較好的解模糊效果，進而實現高分辨寬測繪帶成像。

1 回波信號分析

系統天線在距離向分為K個子孔徑，則第k個子孔徑的坐標可以表示為（X0，Yk，Z0），其中Yk=Y0+（k-1）d，k=1，…，K，Y0為子孔徑起始位置坐標，d為子孔徑長度。假設天線在各個子脈沖持續時間Tpl（l=1，…L）內發射線性調頻信號，通過相位加權控制波束由遠及近依次照射L個子測繪帶。

當滿足R1=cTp1/2+R2=…=c（Tp1+…+TpL-1）/2+RL的條件時[8]，其中，Rl為第l個子測繪帶上散射點（xl，yl，zl）到（X0，Y0，Z0）的瞬時斜距，位于L個子測繪帶上的L個不同的散射點回波就會同時到達接收陣元，在時域出現混疊，從而引起距離模糊，但是不同散射點在空域上會對應不同的下視角。當散射點斜距滿足距離模糊條件時，回波信號匹配濾波后再進行方位傅里葉變換，得到的距離模糊信號為：

其中tk為快時間，fa為方位多普勒頻率，？姿為發射波長，Dk=d[k-1+（K-1）/2]2，？茲l為此l子測繪帶上散射點所對應的下視角。

2 自適應波束形成解距離模糊

本文采用多個角度約束的自適應波束形成方法解距離模糊，利用回波數據自適應估計陣列權值，在空域角度上提取出所需信號分量，并抑制模糊分量。下面定義矩陣向量Az（l）為：

其中T表示轉置。

權矢量矩陣通過以下約束條件進行確定[9]：

對于第l個子測繪帶場景信號s（ ），在距離包絡上加上相應的時延？駐Tl，其中，？駐Tl=Tp1+…+Tpl-1為第l個子脈沖發射時延，則可以恢復出該子測繪帶真實位置，然后將L個子測繪帶信號拼接成完整的大測繪帶信號，解距離模糊完成。根據陣列信號處理知識可知，K個相位中心最多可以約束一個方向，形成K-1個零點，這就要求模糊次數L？燮K。

3 仿真結果

假設天線在距離向上分為3個子孔徑，子孔徑長度d=0.8m。衛星高度H=600km，中心頻率fc=10GHz，信號帶寬B=30MHz，PRF=780Hz。距離向分3個子脈沖由遠及近照射3個子測繪帶，脈沖持續時間？駐T=30？滋s。測繪帶上三個散射點的坐標分別為：（0，368.6，0）、（0，377.1，0）、（0，385.5，0），單位為km。假設距離上天線陣列其中一個陣元位置存在0.005m的誤差。則根據距離模糊條件可知，這三個散射點回波會在同一時刻被接收到，引起距離模糊。圖1為存在誤差時用不同方法解模糊的距離向剖面圖。可以看出，兩種方法都可以解距離模糊，當存在位置誤差時，NAB（圖1.a）方法解模糊性能會下降，而本文方法（圖1.b）具有更好的解模糊性能。

4 結論

本文利用天線在距離向獲取的多自由度信息，采用多個角度約束的自適應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據進行自適應波束形成，更好地抑制距離模糊，重構無模糊信號。

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