CN111257878A - 基于俯仰维频率脉内扫描高分宽幅sar的波形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法。旨在通过俯仰维频率脉内扫描技术来完成单通道高分宽幅SAR的波形设计。实施步骤为：设置输入参数；构建发射天线阵列；合成发射波形；提取发射波形中的俯仰维频率脉内扫描信号的时‑空方向图；计算时‑空方向图的瞬时波束指向角；计算发射天线阵列的发射天线数量；计算发射信号的信号带宽；计算发射信号的中心频率和相邻发射天线之间的时间延迟；获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。本发明通过设计发射波形，来控制合成方向图的瞬时波束指向角实现脉内波束连续扫描，利用频域滤波等效实现空域滤波完成距离模糊抑制，工程实现较为简单。

Description

基于俯仰维频率脉内扫描高分宽幅SAR的波形设计方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及一种高分宽幅SAR的波形设计方法，具体涉及一种基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)由于具有全天时，全天候可对地面场景进行成像的特点，在军事领域和民事领域都有着广泛的应用。在一些应用场景下，如全球动态观测，地物目标分类和识别等，要求SAR具有高分宽幅的成像能力。但传统的SAR成像中，高分辨率和宽测绘带由于对脉冲重复频率PRF有相反的要求，是一对矛盾。高分辨率要求合成孔径时间长，所形成的多普勒带宽足够大，为了避免方位模糊，PRF与多普勒带宽需要满足奈奎斯特采样定理，即高的方位分辨率需要高PRF。宽测绘带成像需要满足测绘带内的所有回波可以在一个脉冲重复周期内返回来避免距离模糊。所以宽测绘带成像需要低的PRF。PRF的选择难以同时满足距离无模糊和方位无模糊的要求。传统成像模式只能在一方面满足要求，如聚束模式可以实现高分成像，但牺牲了成像幅宽，扫描模式可以实现宽幅成像，但牺牲了方位分辨率。

传统的成像模式都是单通道模式，只能在高分和宽幅之间做一个折中的选择来满足不同的应用场景。为了同时兼顾方位高分辨和距离幅宽，需要在多普勒域或距离域进行模糊抑制。国内外提出了多种基于多通道体制和数字波束形成DBF相结合的高分宽幅成像系统。利用DBF进行多普勒模糊抑制或距离模糊抑制。基于DBF的模糊抑制技术取决于独立空间的样本数量，因此接收通道数越多，模糊抑制效果越好。随着对成像性能要求的提高，多通道SAR所需的通道数越来越多，设备量大。针对这个问题，Federica Bordoni等人于2019年在IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters上发表了名称为“Multifrequency Subpulse SAR:Exploiting Chirp Bandwidth for an IncreasedCoverage”的文章，公开了一种多频子脉冲技术用于高分宽幅成像，该方法利用多子脉冲占据不同的频段来抑制距离模糊，可以不依赖于DBF技术实现高分宽幅成像。但上述方法对波束的控制是从子脉冲到子脉冲的离散波束控制，需要在子脉冲之间做快速的相位变换，在工程实现时存在困难和限制。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR信号的波形设计方法，旨在实现高分宽幅成像时，可以不依赖于DBF技术实现距离模糊抑制，并且是脉内波束连续扫描，工程实现较为简单。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)设置输入参数：

根据SAR成像的指标要求，设置SAR成像的测绘带大小为W、距离分辨率为ρ_r、方位分辨率为ρ_a，测绘带近端入射角

SAR平台的高度和速度分别为H和V；

(2)构建发射天线阵列Z：

构建包括周期性排布的N个发射天线的发射天线阵列Z＝[z₁,z₂,…,z_n,…,z_N]，每个发射天线z_n上连接有时间延迟线TTD_n，相邻发射天线之间的距离和时间延迟分别为d和τ，其中，N≥2；

(3)合成发射波形s(t,φ)：

(3a)设发射天线z₁为参考发射天线，并获取第n个发射天线z_n的延迟时间(n-1)·τ，以及发射机产生的发射信号g(t)：

其中，t表示快时间，K表示发射信号g(t)的调频率，K＝B/T_P，B和T_P分别表示发射信号g(t)的带宽和脉宽，f_c表示发射信号g(t)的中心频率；

(3b)通过(n-1)·τ和g(t)，计算发射机产生的发射信号g(t)经过TTD_n时间延迟后的时间延迟信号s_n(t)，得到时间延迟信号集合S：

S＝[s₁(t),s₂(t),…,s_n(t),…,s_N(t)]

s_n(t)＝g(t-(n-1)·τ)；

(3c)对S中的所有时间延迟信号在远场进行合成，得到目标的俯仰角为φ的发射波形s(t,φ)；

(4)提取发射波形s(t,φ)中的俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)：

计算发射波形s(t,φ)的模s_abs(t,φ)，并将s_abs(t,φ)和发射信号g(t)的商作为时-空方向图p_e(t,φ)；

(5)计算时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角φ_peak(t)：

令时-空方向图p_e(t,φ)的分母为0，求解瞬时波束指向角φ_peak(t)，即

其中，

round(·)表示取整操作，0≤t≤T_P；

(6)计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

(6a)根据SAR成像的测绘带W和测绘带近端的入射角

计算测绘带远端的入射角

(6b)根据SAR平台速度V和SAR成像方位分辨率ρ_a，计算发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r：

(6c)根据测绘带远端的入射角

和发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r，计算俯仰维波束宽度θ_3dB：

(6d)根据俯仰维波束宽度θ_3dB，计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

其中，ceil(·)表示向上取整；

(7)计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(7a)根据距离分辨率ρ_r，确定测绘带的远端俯仰角φ_far分配的信号带宽B(φ_far)：

B(φ_far)＝2c/ρ_r；

(7b)根据测绘带的近端入射角

和远端入射角

确定俯仰维频率脉内扫描的波束扫描范围θ_scan：

(7c)根据波束扫描范围θ_scan，计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(8)计算发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ：

(8a)设定波束扫描范围θ_scan的起始角度和终止角度分别为θ₁和θ₂，求解时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角分别为θ₁和θ₂时的m₁和m₂：

(8b)根据给定的期望的发射信号g(t)的中心频率为f_c0，并通过假定m₁＝m₂，求解期望的时间延迟τ₀：

(8c)根据期望的时间延迟τ₀，得出m₁和m₂：

将m₁和m₂带入方程组

求解出发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ；

(9)获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果：

根据计算得到的发射信号g(t)的信号带宽B和中心频率f_c，发射天线阵列Z的发射天线数量N和相邻发射天线之间的时间延迟τ，带入俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)，得到俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明通过构造俯仰维频率脉内扫描阵列，在每个发射天线之后连接一个TTD，通过设计俯仰维频率脉内扫描阵列的阵元数，阵元间延迟，发射信号的带宽，载频和脉宽参数来控制俯仰维频率扫描阵列的合成方向图的瞬时波束指向角，实现脉内波束连续扫描。测绘带内距离模糊分量被隔离到不同的距离频段，可通过频域滤波等效实现空域滤波。相比于多通道SAR实现高分宽幅成像，所需的接收通道较少，设备量小，不存在通道间的幅相误差；相比于多频子脉冲实现单通道波束扫描，本发明是通过波形设计来实现脉内波束连续扫描，不需要做子脉冲分割处理和子脉冲间的波束转向控制，工程实现简单。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明的俯仰维频率脉内扫阵列的几何模型示意图；

图3是本发明的时-空方向图的仿真结果图；

图4是本发明的测绘带内的距离分辨率的仿真结果图；

图5是本发明测绘带内的点目标及其距离模糊分量分布的仿真结果图；

图6是本发明测绘带内的距离模糊比的仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的描述。

参照图1，本发明的具体实现步骤如下：

步骤1)设置输入参数：

根据SAR成像的指标要求，设置SAR成像的测绘带大小为W、距离分辨率为ρ_r、方位分辨率为ρ_a，测绘带近端入射角

SAR平台的高度和速度分别为H和V。本实施例中设定成像的测绘带大小W＝100km，距离分辨率ρ_r＝0.75m，方位分辨率ρ_a＝0.75m，测绘带近端入射角

SAR平台的高度和速度分别为H＝600km和V＝7500m/s。

步骤2)构建发射天线阵列Z：

构建包括周期性排布的N个发射天线的发射天线阵列Z＝[z₁,z₂,…,z_n,…,z_N]，每个发射天线z_n上连接有时间延迟线TTD_n，相邻发射天线之间的距离和时间延迟分别为d和τ，其中，N≥2。

步骤3)合成发射波形s(t,φ)：

(3a)设发射天线z₁为参考发射天线，并获取第n个发射天线z_n的延迟时间(n-1)·τ，以及发射机产生的发射信号g(t)：

其中，t表示快时间，K表示发射信号g(t)的调频率，K＝B/T_P，B和T_P分别表示发射信号g(t)的带宽和脉宽，f_c表示发射信号g(t)的中心频率。参考发射天线选取的不同，会对合成发射波形s(t,φ)有影响。为方便起见，本实施例选择第一个发射天线z₁为参考发射天线。

(3b)通过(n-1)·τ和g(t)，计算发射机产生的发射信号g(t)经过TTD_n时间延迟后的时间延迟信号s_n(t)，得到时间延迟信号集合S：

S＝[s₁(t),s₂(t),…,s_n(t),…,s_N(t)]

s_n(t)＝g(t-(n-1)·τ)；

(3c)对S中的所有时间延迟信号在远场进行合成，得到目标的俯仰角为φ的发射波形s(t,φ)：

其中，c表示光速。在远场对所有时间延迟信号进行合成时，则对于目标来说，波前是平面波，各阵元间的波程差和阵元间距d相关。

步骤4)提取发射波形s(t,φ)中的俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)：

计算发射波形s(t,φ)的模s_abs(t,φ)，并将s_abs(t,φ)和发射信号g(t)的商作为时-空方向图p_e(t,φ)。对于在远场合成的信号s(t,φ)中包含发射信号和俯仰维频率脉内扫描阵列的时-空方向图，可以通过将发射信号提取分离，从而得到时-空方向图的表达式p_e(t,φ)：

s_abs(t,φ)＝|s(t,φ)|，

其中，

步骤5)计算时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角φ_peak(t)：

令时-空方向图p_e(t,φ)的分母为0，求解瞬时波束指向角φ_peak(t)，即

上式可以改写成

(τ·c-d·sinφ)/λ(t,φ)＝m₀+m₁(t,φ)

其中，

m₁(t,φ)＝τ·K·(t+(N-1)·d·sinφ/2c)-d·sinφ/λ(t,φ)。

当俯仰维角度覆盖范围远小于(-90°,90°)，时延τ满足τ＜＜1/B，所以|m₁(t,φ)|＜1。因此m的取值为最接近m₀的整数，可以取

其中，round(·)表示取整操作，0≤t≤T_P。

从时-空方向图p_e(t,φ)的表达式可以看出，时-空方向图接近于Sinc函数形式，则时-空方向图的瞬时波束指向角的位置即为p_e(t,φ)的峰值位置，即令分母为0求解得到瞬时波束指向角的表达式为

其中，f(t)＝f_c+K·(t-T_P/2)为发射信号g(t)的瞬时频率。

步骤6)计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

(6a)根据SAR成像的测绘带W和测绘带近端的入射角

计算测绘带远端的入射角

根据图2所示的俯仰维频率脉内扫阵列的几何模型示意图，可以看出，测绘带远端的入射角

可以通过测绘带W和测绘带近端的入射角

并利用三角关系求解。本实施例中，测绘带的远端入射角

(6b)根据SAR平台速度V和SAR成像方位分辨率ρ_a，计算发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r：

在实现高分宽幅成像时，为了达到高的方位分辨率ρ_a，需要大的多普勒带宽B_d，而方位分辨率ρ_a和多普勒带宽B_d之间的关系是ρ_a＝V/B_d。为了避免多普勒模糊，则脉冲重复频率F_r和多普勒带宽之间应满足奈奎斯特采样定律，考虑10％的余量，因此可以得到脉冲重复频率F_r的计算公式，这个重频也需要同时满足可以避免星下点回波。本实施例中，脉冲重复频率最后选取为F_r＝10.76KHz。

(6c)根据测绘带远端的入射角

和发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r，计算俯仰维波束宽度θ_3dB：

本实施例利用俯仰维频率脉内扫描实现高分宽幅成像的波形设计是利用高的脉冲重复频率来满足高方位分辨率时，无多普勒模糊，则在整个测绘带内会存在距离模糊。为了保证目标点和其对应的距离模糊分量能被分开，则其对应的主瓣需要被完全分开。因为成像测绘带远端及其模糊分量之间的俯仰角变化范围相比于测绘带近端及其模糊分量之间的俯仰角变化范围要小，所以可以利用测绘带远端及其一次模糊分量之间的俯仰角变化范围作为俯仰维频率脉内扫描阵列的俯仰维波束主瓣宽度。本实施例中得到的俯仰维波束3dB宽度为θ_3dB＝0.85°。

(6d)根据俯仰维波束宽度θ_3dB，计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

其中，ceil(·)表示向上取整。在实际应用中，由于阵元个数较多，所需的时间延迟线会较多，可以使用子阵技术，子阵内的各阵元间没有时间延迟，各子阵间有时间延迟。本实施例中，发射天线数量N＝25，子阵内有4个阵元。

步骤7)计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(7a)根据距离分辨率ρ_r，确定测绘带的远端俯仰角φ_far分配的信号带宽B(φ_far)：

B(φ_far)＝2c/ρ_r

本实施例中的俯仰维频率脉内扫描阵列，每个发射天线发射的是LFM信号，相邻发射天线之间有时间延迟，时域延迟等效于频域加权。因此，不同的脉内时间对应不同的瞬时频率，不同的瞬时频率会被辐射到不同的俯仰角上。在测绘带内，每个点目标仅能被一部分脉内时间照射到，对应所分配到的信号带宽也只占据总的信号带宽的一部分。本实施例中，俯仰维波束从测绘带的远端扫描到近端，远端分配到的信号带宽最少，因此要保持整个测绘带内的距离分辨率，只需要测绘带远端的带宽能满足距离分辨率即可。本实施例中，按照距离分辨率，得到测绘带远端能分配到的信号带宽B(φ_far)＝200MHz。

(7b)根据测绘带的近端入射角

和远端入射角

确定俯仰维频率脉内扫描的波束扫描范围θ_scan：

为了保证测绘带边缘部分也能分配到足够的信号带宽来满足距离分辨率，应该使俯仰维频率脉内扫描范围大于测绘带内的入射角变化范围，对波束扫描范围放宽一个主瓣宽度。本实施例中计算的波束扫描范围θ_scan＝9.03°

(7c)根据波束扫描范围θ_scan，计算发射信号g(t)的信号带宽B：

采用俯仰维脉内频率扫描，所以测绘带内的某个点目标只会分配到信号的一部分带宽，总的信号带宽和波束扫描范围和波束主瓣宽度有关系。本实施例中，信号带宽B＝1200MHz，此值略大于计算得到的信号带宽，可以让测绘带内的距离分辨率更好。

步骤8)计算发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ：

(8a)设定波束扫描范围θ_scan的起始角度和终止角度分别为θ₁和θ₂，求解时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角分别为θ₁和θ₂时的m₁和m₂：

脉冲起始时刻t＝0，脉内扫描开始，对应的瞬时波束指向角为θ₁，脉冲终止时刻t＝T_P，脉内扫描结束，对应的瞬时波束指向角为θ₂，将此条件带入瞬时波束指向角，便可以得到上述方程组。由方程组可以看出，需要通过优化τ、f_c、T_P和B来实现对θ₁和θ₂的控制。但通过上述方程组，只能求解两个参数，因此需要在τ、f_c、T_P和B这四个参数中先确定两个参数，余下的再由上述方程组求解。上述方程组是分式方程，如果求解参数T_P，可能存在无解或增根，因此通常将T_P设为已知值。为了保持测绘带内的距离分辨率，对信号带宽B有限制。所以在本发明中，通过优化τ和f_c来实现对θ₁和θ₂的控制。本实施例中设定脉宽T_P＝20us。

(8b)根据给定的期望的发射信号g(t)的中心频率为f_c0，并通过假定m₁＝m₂，求解期望的时间延迟τ₀：

求解上述方程时需要确定m₁和m₂的值，而在实际中m₁和m₂是未知的。因此，我们需要根据已经确定的T_P和B，并给定期望的工作频率f_c0，来求解期望的时间延迟τ₀。期望的工作频率f_c0可以选定为发射信号的中心频率。本实施例中，f_c0＝10GHz。

(8c)根据期望的时间延迟τ₀，得出m₁和m₂：

将m₁和m₂带入方程组

求解出发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ。本实施例中，求解出中心频率f_c＝10.706GHz，时间延迟τ＝0.28ns。

步骤9)获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果：

根据计算得到的发射信号g(t)的信号带宽B和中心频率f_c，发射天线阵列Z的发射天线数量N和相邻发射天线之间的时间延迟τ，带入俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)，得到俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。

下面结合仿真实验，对本发明的技术效果作进一步描述。

1.仿真条件和内容：

假设SAR的平台高度为H＝600km，速度为V＝7500m/s，地面测绘带宽度为W＝100km，距离分辨率ρ_r＝0.75m，方位分辨率ρ_a＝0.75m，测绘带近端的入射角为

表1列出了在上述参数设计下，根据本发明的俯仰维频率脉内扫描设计方法所获得的阵列参数和波形参数。软件环境：MATLAB仿真软件。

载频	10.706GHz	带宽	1200MHz
				脉宽	20us	阵元间延迟	0.28ns
方位天线长度	1.5m	俯仰维阵元个数	25
				重频	10.76KHz	俯仰维阵元间距	0.06m
速度	7500km/s	平台高度	600km

表1阵列参数和波形参数设计

软件环境：MATLAB仿真软件。

仿真1，对本发明的时空方向图进行仿真，其结果如图3所示；

仿真2，对本发明的测绘带内的距离分辨率进行仿真，其结果如图4所示；

仿真3，对本发明的测绘带内的点目标及其距离模糊分量分布进行仿真，其结果如图5所示；

仿真4，对本发明的测绘带内的距离模糊比进行仿真，其结果如图6所示。

2.仿真结果分析：

参照图3，图中的横坐标表示脉内时间，纵坐标表示时-空方向图的幅值。从图中可以看出，脉内任意时间的俯仰维频率脉内扫描的时-空方向图近似为Sinc函数。

参照图4，图中的横坐标表示测绘带内的入射角变化，纵坐标表示斜距分辨率。由图中可以看出整个测绘带内的距离分辨率都优于设定的0.75m的指标，在测绘带的近端距离分辨率要好于测绘带远端的距离分辨率，这是因为脉内扫描从测绘带远端开始，终止在测绘带近端，测绘带远端分配到的信号带宽较小。

参照图5，其中图5(a)表示测绘带近端的点目标及其距离模糊分量分布，横轴表示脉内时间，纵轴表示时-空方向图幅值的平方，实线表示测绘带近端的点目标，虚线表示测绘带近端的距离模糊分量。由图中可以看出，在脉冲末端扫描到测绘带近端，并且测绘带近端的点目标和其模糊分量可以分离。图5(b)表示测绘带中部的点目标及其距离模糊分量分布，横轴表示脉内时间，纵轴表示时-空方向图幅值的平方，实线表示测绘带中部的点目标，虚线表示测绘带中部的距离模糊分量。图5(c)表示测绘带远端的点目标及其距离模糊分量分布，横轴表示脉内时间，纵轴表示时-空方向图幅值的平方，实线表示测绘带远端的点目标，虚线表示测绘带远端的距离模糊分量。图5表明，可以通过波形设计来控制瞬时波束指向角指向测绘带内的不同俯仰角处，实现俯仰维频率脉内扫描。

参照图6，图中的横坐标表示测绘带内的入射角变化，纵坐标表示距离模糊比的大小。从图中可以看出在测绘带内，随着入射角的增大，距离模糊比变差，但即便是最坏的情况，在测绘带远端的距离模糊比为24dB，也能满足常规的SAR成像的距离模糊隔离要求。

综上，本发明所提出的方法将高分宽幅成像中出现的距离模糊可以通过距离频域滤波等效实现空域滤波，而不需要依赖DBF技术，通过脉内频率连续扫描，而不需要分割子脉冲和子脉冲间波束控制，工程实现简单。

Claims (3)

1.一种基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设置输入参数：

根据SAR成像的指标要求，设置SAR成像的测绘带大小为W、距离分辨率为ρ_r、方位分辨率为ρ_a，测绘带近端入射角

SAR平台的高度和速度分别为H和V；

(2)构建发射天线阵列Z：

构建包括周期性排布的N个发射天线的发射天线阵列Z＝[z₁,z₂,…,z_n,…,z_N]，每个发射天线z_n上连接有时间延迟线TTD_n，相邻发射天线之间的距离和时间延迟分别为d和τ，其中，N≥2；

(3)合成发射波形s(t,φ)：

(3a)设发射天线z₁为参考发射天线，并获取第n个发射天线z_n的延迟时间(n-1)·τ，以及发射机产生的发射信号g(t)：

其中，t表示快时间，K表示发射信号g(t)的调频率，K＝B/T_P，B和T_P分别表示发射信号g(t)的带宽和脉宽，f_c表示发射信号g(t)的中心频率；

(3b)通过(n-1)·τ和g(t)，计算发射机产生的发射信号g(t)经过TTD_n时间延迟后的时间延迟信号s_n(t)，得到时间延迟信号集合S：

S＝[s₁(t),s₂(t),…,s_n(t),…,s_N(t)]

s_n(t)＝g(t-(n-1)·τ)；

(3c)对S中的所有时间延迟信号在远场进行合成，得到目标的俯仰角为φ的发射波形s(t,φ)；

(4)提取发射波形s(t,φ)中的俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)：

计算发射波形s(t,φ)的模s_abs(t,φ)，并将s_abs(t,φ)和发射信号g(t)的商作为时-空方向图p_e(t,φ)；

(5)计算时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角φ_peak(t)：

令时-空方向图p_e(t,φ)的分母为0，求解瞬时波束指向角φ_peak(t)，即

其中，

round(·)表示取整操作，0≤t≤T_P；

(6)计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

(6a)根据SAR成像的测绘带W和测绘带近端的入射角

计算测绘带远端的入射角

(6b)根据SAR平台速度V和SAR成像方位分辨率ρ_a，计算发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r：

(6c)根据测绘带远端的入射角

和发射信号g(t)的脉冲重复频率F_r，计算俯仰维波束宽度θ_3dB：

(6d)根据俯仰维波束宽度θ_3dB，计算发射天线阵列Z的发射天线数量N：

其中，ceil(·)表示向上取整；

(7)计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(7a)根据距离分辨率ρ_r，确定测绘带的远端俯仰角φ_far分配的信号带宽B(φ_far)：

B(φ_far)＝2c/ρ_r；

(7b)根据测绘带的近端入射角

和远端入射角

确定俯仰维频率脉内扫描的波束扫描范围θ_scan：

(7c)根据波束扫描范围θ_scan，计算发射信号g(t)的信号带宽B：

(8)计算发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ：

(8a)设定波束扫描范围θ_scan的起始角度和终止角度分别为θ₁和θ₂，求解时-空方向图p_e(t,φ)的瞬时波束指向角分别为θ₁和θ₂时的m₁和m₂：

(8b)根据给定的期望的发射信号g(t)的中心频率为f_c0，并通过假定m₁＝m₂，求解期望的时间延迟τ₀：

(8c)根据期望的时间延迟τ₀，得出m₁和m₂：

将m₁和m₂带入方程组

求解出发射信号g(t)的中心频率f_c和相邻发射天线之间的时间延迟τ；

(9)获取俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果：

根据计算得到的发射信号g(t)的信号带宽B和中心频率f_c，发射天线阵列Z的发射天线数量N和相邻发射天线之间的时间延迟τ，带入俯仰维频率脉内扫描信号的时-空方向图p_e(t,φ)，得到俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计结果。

2.根据权利要求1所述的基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法，其特征在于，步骤(3c)中所述的发射波形s(t,φ)的表达式为：

其中，c表示光速。

3.根据权利要求1所述的基于俯仰维频率脉内扫描的高分宽幅SAR的波形设计方法，其特征在于，步骤(4)中所述的发射波形s(t,φ)的模s_abs(t,φ)，以及时-空方向图p_e(t,φ)，其表达式分别为：

s_abs(t,φ)＝|s(t,φ)|

其中，

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