基于多个角度约束的距离模糊抑制方法

李健

【摘 要】针对合成孔径雷达采用脉内扫描方式获取宽测绘带时产生的距离模糊问题，本文提出一种多个角度约束的距离模糊抑制方法，利用天线得到的空域多自由度，采用多个角度约束的自适应波束形成解距离模糊，当存在天线阵元位置误差时，该方法仍具有一定的稳健性，能够实现较好的解模糊性能，并通过仿真进行了验证。

【关键词】SAR;宽测绘带;距离模糊;自适应波束形成

中图分类号： TN957 文献标识码： A 文章编号： 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

随着人们对获取地表信息需求的不断提高，合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）成像具有了更加广泛的應用前景，例如地形测绘、地质灾害检测、土地使用状况等。为了减小传感器再访次数，一般需要较宽的测绘带场景，这时距离向上不同测绘带场景上的回波子脉冲被同时接收到，在时间上发生混叠造成距离模糊。本文构建一种距离向多孔径天线模型，利用天线子孔径获取的多自由度信息，采用多个角度约束的自适应波束形成方法解距离模糊，当存在天线误差时，仍能够获得较好的解模糊效果，进而实现高分辨宽测绘带成像。

1 回波信号分析

系统天线在距离向分为K个子孔径，则第k个子孔径的坐标可以表示为（X0，Yk，Z0），其中Yk=Y0+（k-1）d，k=1，…，K，Y0为子孔径起始位置坐标，d为子孔径长度。假设天线在各个子脉冲持续时间Tpl（l=1，…L）内发射线性调频信号，通过相位加权控制波束由远及近依次照射L个子测绘带。

当满足R1=cTp1/2+R2=…=c（Tp1+…+TpL-1）/2+RL的条件时[8]，其中，Rl为第l个子测绘带上散射点（xl，yl，zl）到（X0，Y0，Z0）的瞬时斜距，位于L个子测绘带上的L个不同的散射点回波就会同时到达接收阵元，在时域出现混叠，从而引起距离模糊，但是不同散射点在空域上会对应不同的下视角。当散射点斜距满足距离模糊条件时，回波信号匹配滤波后再进行方位傅里叶变换，得到的距离模糊信号为：

其中tk为快时间，fa为方位多普勒频率，？姿为发射波长，Dk=d[k-1+（K-1）/2]2，？兹l为此l子测绘带上散射点所对应的下视角。

2 自适应波束形成解距离模糊

本文采用多个角度约束的自适应波束形成方法解距离模糊，利用回波数据自适应估计阵列权值，在空域角度上提取出所需信号分量，并抑制模糊分量。下面定义矩阵向量Az（l）为：

其中T表示转置。

权矢量矩阵通过以下约束条件进行确定[9]：

对于第l个子测绘带场景信号s（ ），在距离包络上加上相应的时延？驻Tl，其中，？驻Tl=Tp1+…+Tpl-1为第l个子脉冲发射时延，则可以恢复出该子测绘带真实位置，然后将L个子测绘带信号拼接成完整的大测绘带信号，解距离模糊完成。根据阵列信号处理知识可知，K个相位中心最多可以约束一个方向，形成K-1个零点，这就要求模糊次数L？燮K。

3 仿真结果

假设天线在距离向上分为3个子孔径，子孔径长度d=0.8m。卫星高度H=600km，中心频率fc=10GHz，信号带宽B=30MHz，PRF=780Hz。距离向分3个子脉冲由远及近照射3个子测绘带，脉冲持续时间？驻T=30？滋s。测绘带上三个散射点的坐标分别为：（0，368.6，0）、（0，377.1，0）、（0，385.5，0），单位为km。假设距离上天线阵列其中一个阵元位置存在0.005m的误差。则根据距离模糊条件可知，这三个散射点回波会在同一时刻被接收到，引起距离模糊。图1为存在误差时用不同方法解模糊的距离向剖面图。可以看出，两种方法都可以解距离模糊，当存在位置误差时，NAB（图1.a）方法解模糊性能会下降，而本文方法（图1.b）具有更好的解模糊性能。

4 结论

本文利用天线在距离向获取的多自由度信息，采用多个角度约束的自适应波束形成解距离模糊。在存在天线误差的情况下，该方法具有较好的鲁棒性，能够充分利用回波样本数据进行自适应波束形成，更好地抑制距离模糊，重构无模糊信号。

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