CN111273234A - 一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法，包括如下步骤：确定雷达系统的实际脉冲重复频率；根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式，并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调整，以获得当前工作的接收天线；利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径的各接收阵元接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号。本发明通过调整接收天线中各接收子孔径的相位中心间距，来调整脉冲重复频率的理想值，使其尽可能等于实际脉冲重复频率，并通过在每一次发射脉冲时调整发射相位中心位置，由此克服了由于脉冲重复频率取值问题引起的非均匀采样问题，能够获得均匀的采样信号，进而提高成像质量。

Description

一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法

技术领域

本发明涉及微波遥感技术领域，特别涉及一种基于合成孔径雷达系统 的信号收发方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种具有全天时、全天候对地观测能力的主 动式微波遥感设备，被广泛应用于国土测量、地形测绘、资源勘探、环境 及灾害监视、海洋监测、农作物普查、政府公共决策、战场侦查等重要领 域。现代空间对地观测任务对SAR系统的分辨率和测绘带宽度提出了越来 越高的要求，但是由于系统固有的约束，传统单通道SAR系统无法同时获 得高的分辨率和宽测绘带的SAR图像。而采用方位多通道SAR系统是实 现高分辨率宽测绘带对地观测的有效途径。工作于偏置相位中心模式的方 位多通道合成孔径雷达在发射端采用部分孔径(或全孔径展宽)产生一个 宽发射波束，接收端采用沿方位向线性排列的多个相位中心进行接收，成 倍地增加了采样点数，有效地克服了单通道SAR系统分辨率和测绘带宽度 之间的矛盾，实现了高分辨率宽测绘带成像。

然而在传统的偏置相位中心方位多通道SAR系统中，发射孔径和各个 接收子孔径的相位中心位置是固定不变的，理想PRF的值也是固定不变的。 只有当系统的PRF取固定的理想值时，才能在方位向获得均匀采样。而实 际系统PRF的取值往往造成方位向等效采样点的非均匀分布，导致在成像 结果中出现方位向虚假目标，严重降低成像质量，故需要引入重建滤波器 对信号重建，但是重建滤波器并不适用于非带限信号，并且会造成系统方位模糊度和信噪比损失的提高，因此现有的合成雷达系统无法获得均匀的 采样信号。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于合成孔径雷达系统的信号收发 方法，用于解决现有技术中无法获得均匀的采样信号的问题。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例采用了如下技术方案：一种 种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法，包括如下步骤：

确定雷达系统的实际脉冲重复频率；

根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心 间距的调整方式，并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调整，以获 得当前工作的接收天线；

根据所述实际脉冲重复频率确定是否要调整发射相位中心位置，如果 需要则根据所述实际脉冲重复频率确定发射相位中心位置的调整方式，并 对所述发射相位中心位置进行调整，以获得当前工作的发射天线；

利用所述当前工作的发射天线发射信号，并利用所述当前工作的接收 天线中各接收子孔径的各接收阵元接收由发射天线发射的、经过反射后的 回波信号。

可选的，所述确定雷达系统的实际脉冲重复频率包括：

确定接收天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒 带宽；

基于所述天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒 带宽计算获得所述实际脉冲重复频率。

可选的，所述根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔 径的相位中心间距的调整方式，具体包括：

确定接收天线中各接收子孔径的初始相位中心间距；

根据所述初始相位中心间距以及接收天线最大关闭接收阵元比例确定 接收子孔径的相位中心间距的最大值和最小值；

基于所述相位中心间距的最大值和最小值确定理想脉冲重复频率的最 大值PRF_{opt_max}和最小值PRF_{opt_min}；

基于所述相位中心间距的最大值、相位中心间距最小值、理想脉冲重 复频率的最大值PRF_{opt_max}、理想脉冲重复频率的最小值PRF_{opt_min}、发射天 线的长度以及发射天线最大关闭发射阵元比例分别确定发射天线可补偿的 脉冲重复频率的最大值PRF_max和发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值 PRF_min；

将所述实际脉冲重复频率PRF与所述理想脉冲频率的最大值PRF_{opt_max}、 理想脉冲频率的最小值PRF_{opt_min}、所述理想脉冲频率PRF_opt、所述发射天线 可补偿的脉冲重复频率的最大值PRF_max和所述发射天线可补偿的脉冲重复 频率的最小值PRF_min进行比较，获得比较结果，基于所述比较结果确定各 所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式。

可选的，所述基于所述比较结果确定所述接收子孔径的相位中心间距 的调整方式，具体包括：

若PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}；则将所述接收子孔径的相位中心间距调整为 所述最大值；

若PRF_{opt_min}＜PRF<PRF_opt；则增加接收子孔径的相位中心间距；

若PRF_opt＜PRF＜PRF_{opt_max}；则减少接收子孔径的相位中心间距；

若PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max；则将所述接收子孔径的相位中心间距调整 为所述最小值。

可选的，所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最大调整间距， 具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、 接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、 接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端 和后端的接收阵元进行关闭，以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为 最大调整间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前 端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

可选的，增加接收子孔径的相位中心间距，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实 际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的 前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实 际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的 后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端 和后端的接收阵元进行关闭，以增加接收子孔径的相位中心间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前 端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

可选的，减少接收子孔径的相位中心间距，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实 际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的 前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实 际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的 后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端 和后端的接收阵元进行关闭，以减少接收子孔径的相位中心间距。

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前 端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

可选的，所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最小值，具体 包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、 接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、 接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端 和后端的接收阵元进行关闭，以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为 最小调整间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前 端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

可选的，在PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}或者PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max时，所述 利用发射天线发射信号具体包括：

确定发射天线相位中心的初始位置；

确定每次发射脉冲时发射天线的相位中心的步进大小以及移动方向；

基于所述初始位置、所述步进大小以及所述移动方向，确定每次发射 脉冲时所对应的发射天线的相位中心的目标位置。

基于发射天线的相位中心的各目标位置确定工作的发射阵元，以在每 次发射脉冲时关闭非工作发射阵元后进行信号发射。

可选的，在利用所述工作的接收天线接收由发射天线发射的、经过反 射后的回波信号之前，所述方法还包括

计算雷达系统的方位模糊度，以在验证所述方位模糊度满足要求时， 进行信号的接收和发射。

可选的，所述计算雷达系统的方位模糊度具体包括：

根据发射天线的方向图以及接收天线的方向图计算合成天线方向图；

根据所述合成天线方向图、预设的多普勒处理带宽、方位模糊回波信 号数以及实际脉冲重复频率计算获得方位模糊度。

本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例通过调整接收发天线中 各接收子孔径的相位中心间距，来调整脉冲重复频率的理想值，使其尽可 能的接近实际脉冲重复频率，由此可以有效地克服了由于脉冲重复频率 PRF取值问题引起的非均匀采样问题，能够获得均匀的采用信号，进而能 够提高后续的成像质量。

附图说明

图1为本发明又一实施例基于合成孔径雷达系统的信号收发方法的流 程图。

图2为本发明实施例中接收子孔径相位中心间距调整示意图；

图3为本发明实施例中发射天线相位中心位置调整示意图。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说 明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想 到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例， 并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描 述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述， 本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本 领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权 利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征 和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的 实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功 能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。 因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅 作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意 合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在 又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不 同实施例中的一个或多个。

本发明实施例提供一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法，具体 包括如下步骤：确定雷达系统的实际脉冲重复频率；根据所述实际脉冲重 复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式，并对各 所述接收子孔径的相位中心间距进行调整，以获得当前工作的接收天线； 利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径中的各接收阵元接收由发射 天线发射的、经过反射后的回波信号。

本发明又一实施例提供一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法， 如图1所示：包括如下步骤：

步骤一、确定雷达系统的实际脉冲重复频率；

步骤二、根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的 相位中心间距的调整方式，并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调 整，以获得当前工作的接收天线；

步骤三、根据所述实际脉冲重复频率确定是否要调整发射相位中心位 置，如果需要调整发射相位中心位置则根据所述实际脉冲重复频率确定发 射相位中心位置的调整方式，并对所述发射相位中心位置进行调整，以获 得当前工作的发射天线；

步骤四、利用所述当前工作的发射天线发射信号。

步骤五、利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径中的各接收阵 元接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号。

本发明实施例中可以在设计天线完成后确定实际脉冲重复频率，由于 实际脉冲重复频率与理想调整脉冲重复频率存在偏差，因此本申请中通过 调整接收天线中各接收子孔径的相位间距，来使得实际脉冲重复频率与理 想脉冲重复频率更加的接近，并通过在每一次发射脉冲时调整发射相位中 心位置，进而在进行信号的收发后能够获得均匀的采样，有利于提高雷达 系统的成像性能。

进一步的，又一实施例可以先设计雷达系统中的接收天线和发射天线， 然后再进行信号的接收发射。具体的，可以先进行接收天线的设计，包括： 步骤S1：接收天线初始化设计，设计天线的总长度L_a、孔径数N、辐射单 元大小d_e、系统的理想脉冲重复频率，具体包括如下步骤：

步骤S11：根据系统所要求的分辨率，初步设计接收天线子孔径长度l 和接收天线总长度L_a：l≈2·ρ(1)；L_a＝N·l(2)式中：ρ为方位分辨率， μ为方位过采样率，N为接收天线的子孔径个数；

步骤S12：设计接收天线子孔径数N，一般设计为：

(3)；式(3)中：w为测绘带宽，ρ为方位分辨率，round(*)表示对*进行四舍 五入取整数运算；

步骤S13：确定接收阵元大小d_e，一般设计在λ2～λ之间，其中λ为 波长；

步骤S14：确定系统的实际脉冲重复频率PRF：

式(4)中：k为正整数，H是平台高度， c为光速，μ为方位向过采样率，Ba为多普勒带宽。

当然，本实施例中在雷达系统确定之后，可以根据平台高度H，光速 c，方位向过采样率μ，多普勒带宽Ba以及接收天线的子孔径个数N，利 用公式

直接计算获得实际脉冲重复频率PRF。

在确定了实际脉冲重复频率PRF后，就可以进行步骤S2：根据实际脉 冲重复频率PRF，通过关闭接收子孔径两端的接收单元来调整接收子孔径 的相位中心间距，具体调整步骤如下：

步骤S21：根据接收天线最多允许关闭的接收阵元比例α确定接收子 孔径相位中心间距的最大值和最小值：其中，

相位中心间距的最大值d_rx,min的计算公式为：

相位中心间距的最小值d_rx,max计算的公式为：

式(5)和(6)中：d_rx为调整之前接收子孔径的初始相位中心间距， 且d_rx＝l/μ，α为最多可关闭的接收阵元比例，l为接收子孔径的长度，N 为接收子孔径个数。

步骤S22：根据所述相位中心间距的最大值d_rx,max和最小值d_rx,min确定可 调整的理想脉冲重复频率的最大值PRF_{opt_max}和可调整的理想脉冲重复频率 的最小值PRF_{opt_min}；

PRF_{opt_min}的计算公式为：

PRF_{opt_max}的计算公式为：

式(7)和(8)中，V_st为平台速度，N为孔径数，d_rx,max和d_rx,min分别 为接收子孔径相位中心间距的最大值和最小值。

步骤S23：定义每个接收子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径 的前端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。将所述实际脉冲 重复频率PRF与所述理想脉冲频率的最大值PRF_{opt_max}、理想脉冲频率的最 小值PRF_{opt_min}、所述理想脉冲频率PRF_opt、发射天线可补偿的脉冲重复频率 的最大值PRF_max和发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRF_min进行比 较，获得比较结果，基于所述比较结果确定各所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式。即通过在每个接收子孔径前端或后端关闭一定数量的接 收阵元来调整接收子孔径的相位中心间距，具体分为以下4种情况：

(1)当PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}时

将接收子孔径的相位中心间距调整为最大值，第n(n＝1,2,…,N)个子 孔径的前端、后端应关闭的接收阵元数量的计算公式分别为：

前端应关闭的接收阵元数量：

后端应关闭的接收阵元数量：

式(9)和(10)中：round[*]表示对*进行四舍五入取整运算，N为接 收子孔径个数，α为接收天线最多允许关闭的接收阵元比例，l为接收子孔 径的长度。其中，PRF_min表示在调整接收子孔径的相位中心位置的基础上， 调整发射天线相位中心可补偿的脉冲重复频率的最小值，

即PRF_{opt_min}为通过调整子孔径相位中心得到的 最小的理想脉冲重复频率，β为发射天线最大允许关闭的发射阵元比例，L_a为天线总长度，d_rx,max为所述接收子孔径相位中心间距的最大值。即当 PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}时，不仅要通过关闭接收阵元来调整收子孔径的相位 中心的位置，以此来调整收子孔径的相位中心间距，还要进一步调整发射 天线的发射孔径的相位中心的位置，以进一步的进行补偿。

(2)当PRF_{opt_min}＜PRF<PRF_opt时

增加接收子孔径的相位中心间距，第n(n＝1,2,…,N)个接收子孔径的 前端、后端各应关闭的接收阵元数量的计算公式为：

前端应关闭的接收阵元数量：

后端应关闭的接收阵元数量：

式(11)和(12)中：round[*]表示对*进行四舍五入取整运算，N为接收 子孔径各数，d_e为接收单元的大小，V_st为平台速度，d_rx为未调整时接收子 孔径的初始相位中心间距；实际脉冲重复频率PRF。

(3)当PRF_opt＜PRF＜PRF_{opt_max}时

减小加接收子孔径的相位中心间距，第n(n＝1,2,…,N)个接收子孔径 的前端、后端各应关闭的接收阵元数量的计算公式为：

前端应关闭的接收阵元数量：

后端应关闭的接收阵元数量：

式(13)和(14)中：round[*]表示对*进行四舍五入取整运算，N为 孔径数，d_e为接收单元的大小，V_st为平台速度，d_rx为调整之前接收子孔径 的相位中心间距，实际脉冲重复频率PRF。

(4)当PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max时

将接收子孔径的相位中心间距调整为最小值，第n(n＝1,2,…,N)个接 收子孔径前端、后端应关闭的接收单元数量分别为：

前端应关闭的接收阵元数量：

前端应关闭的接收阵元数量：

式(15)和(16)中：round[*]表示对*进行四舍五入取整运算，N为 接收子孔径个数，α为接收天线最多允许关闭的接收阵元比例，l为接收子 孔径的长度。其中，PRF_max表示在调整接收子孔径的相位中心位置的基础 上，调整发射天线相位中心可补偿的脉冲重复频率的最大值，

PRF_{opt_max}为通过调整子孔径相位中心得到的最大的 理想脉冲重复频率，β为发射天线最大允许关闭的发射阵元比例，L_a为发 射天线长度，d_rx,min为所述接收子孔径相位中心间距的最小值。即当 PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max时，不仅要通过关闭接收阵元来调整收子孔径的相位 中心的位置，以此来调整收子孔径的相位中心间距，还要进一步调整发射 天线的发射孔径的相位中心的位置，以进一步的进行补偿。

如图2所示，表示接收子孔径的相位中心间距的调整过程示意图，图 中1、2、3、4、5表示5个接收子孔径，每个接收子孔径中有若干接收阵 元，未调整各接收子孔径的相位中心间距之前，各接收子孔径的相位中心 位置位于图中o处(图中实线位置)，当通过关闭各接收子孔径的两端的若 干阵元后(即关闭图2中阴影位置处的接收阵元)，各接收子孔径的相位中 心位置分别由o处调整至o’(图中虚线位置)处，由此实现调整相位中 心间距，在图2中通过所示的关闭接收阵元的方式，相邻两个接收子孔径 的相位中心间距减小了Δd_rx。

本发明实施例中对某一非理想的实际PRF，首先调整接收子孔径的相 位中心间距，从而改变系统理想PRF的值，使其等于实际PRF。当系统的 实际PRF超出了调整接收相位中心间距可获得的理想PRF范围，也就是在 PRFmin<PRF<PRFopt_min或PRFopt_max<PRF<PRFmax的情况下，仅调 整接收相位中心间距无法完全补偿非理想PRF引起的非均匀采样问题，这 时需要在每一次发射脉冲时调整发射相位中心的位置，从而使信号采样点 均匀分布。即，在上述完成对接收子孔径相位中心间距的调整后，就可以 进一步设计发射天线，发射天线中只有一个发射孔径，在 PRFo_pt__min＜PRF<PRFo_pt或者PRFo_pt＜PRF＜PRFo_pt__max时，不需要调整发射孔径 的相位中心的位置，因此直接利用该发射天线发射信号即可。

而在PRF_min<PRF<PRF_opt__min或者PRF_opt__max＜PRF<PRF_max时，则需要进一步 对该发射天线的发射孔径的相位中心的位置进行调整，即进行步骤S3：以 发射天线的中心为参考位置，平台运动的方向为正方向。基于发射天线的 相位中心的初始位置、相位中心的步进大小以及所述相位中心的移动方向， 确定每次发射脉冲时所对应的发射天线的相位中心的目标位置，基于各发 射天线的相位中心的目标位置确定工作的发射阵元，以在每次发射脉冲时 关闭非工作发射阵元后进行信号发射。具体步骤如下：

步骤S31：确定发射天线相位中心的初始位置。具体分为两种情况。

一种情况是在上述步骤S23中提到的，当PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}时，将 发射天线相位中心初始位置设在x(0)＝β·L_a/2处(以发射天线的中心为参 考位置，平台运动方向为正方向)；当PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max时，则将发射 天线相位中心的初始位置设在x(0)＝-β·L_a/2处(以发射天线的中心为参考 位置，平台运动方向为正方向)；具体是通过关闭q(0)个发射阵元的数量来 实现的，q(0)计算公式为：

式(17)中：若q(0)取正，表示关闭发射天线后端的发射单元，若q(0) 取负，则关闭发射天线前端的发射单元，round(*)表示对*进行四舍五入取 整运算，β为发射天线允许关闭发射单元的最大比例，L_a为发射天线长度， d_e表示发射天单元大小。本步骤中通过关闭预定数量的发射阵元，就能将 发射天线相位中心从原来的中心位置调整至-β·L_a/2或β·L_a/2处。

本步骤中，具体如图3所示，表示发射天线的相位中心位置的调整过 程，未调整相位中心位置之前，发射天线的相位中心位置位于图中o处(图 中实线位置)，当通过关闭发射子孔径的左端阴影部分的若干阵元后，相位 中心位置分别有o处调整至o’(图中虚线位置)处。当通过关闭发射子 孔径的右端阴影部分的若干阵元后，相位中心位置分别由o处调整至o’ 处，因此实现了将发射天线相位中心从原来的中心位置调整至-β·L_a/2或 β·L_a/2处。

步骤S32：确定每一次发射脉冲发射相位中心步进大小Δx和移动方向：

Δx的计算公式为：

式(18)和(19)中：若Δx为正，则发射天线的相位中心向与平台运动方 向相同的方向移动，若Δx为负，则向相反的方向移动，V_st为平台速度，d_rx,max为接收子孔径相位中心间距的最大值，d_rx,min为接收子孔径相位中心间距的 最小值，N为接收子孔径个数。

步骤S33：确定每一次发射脉冲对应的发射天线相位中心位置x(t)(即 目标位置x(t))，x(t)的计算公式为：

且

式(20)和(21)中：m为整数，m＝int[β·L_a/d_az,rx]，其符号与Δx的符号 相反，x(t-PRF^-1)为上一脉冲发射时刻的发射相位中心位置，d_rx,max为接 收子孔径相位中心间距的最大值，d_rx,min为接收子孔径相位中心间距的最小 值。

步骤S34：根据确定的各目标位置x(t)确定每一次发射脉冲发射天线关 闭的非工作发射阵元数量和位置，并在关闭非工作发射阵元后进行信号发 射。

非工作发射阵元的数量的计算公式为：

式(22)中，若q(t)取正，表示关闭发射天线后端的发射阵元，若q(t)取负， 则关闭发射天线前端的发射阵元，round(*)表示对*进行四舍五入取整运 算，x(t)为t时刻所要求的发射天线相位中心的位置，d_e为发射阵元的大小。

本实施例中，在上述调整/设计好接收天线和发射天线后，就可以利用 上述的发射天线发射信号，并利用接收天线来接收由发射天线发射的、经 过反射后的回波信号，由此就可以获得均匀的采样。

本发明实施例通过关闭发射子孔径和接收天线两端一定数量的收发阵 元，使得天线的相位中心可以在一定范围内移动；通过联合调整接收、发 射孔径的相位中心来调整等效采样中心位置，使其均匀分布，有效提升了 成像质量。在初步设计好天线基本参数后，首先通过关闭每个接收子孔径 两端的一定数量的接收单元，达到改变接收子孔径相位中心位置的目的， 通过改变接收子孔径的相位中心间距，可以调整脉冲重复频率PRF的理想值，使其尽可能接近实际PRF；如果仅调整接收相位中心不能够完全补偿 非理想PRF造成的非均匀采样，则再进一步调整发射相位中心位置，调整 对于不同的发射脉冲，发射相位中心在天线上的位置都有一定的变化，从 而使等效采样中心均匀分布。

本发明另一实施例中为了进一步保证经过上述调整/设计后的收发天 线的性能，还包括：在利用所述工作的接收天线接收由发射天线发射的、 经过反射后的回波信号之前，进行步骤S4：多普勒处理带宽确定，根据天 线方位模糊度调整多普勒处理带宽，具体步骤如下：

步骤S41，计算合成的天线(发射、接收)方向图G：

G＝G_r·G_t (23)

式(23)、(24)和(25)中，G表示合成的天线方向图，G_r表示接收 子孔径的方向图，G_t表示发射天线方向图，Δd＝(M_n,aft+M_n,fore)·d_e， L_at＝L_a-q(t)·d_e，l为接收子孔径长度，λ为载波波长，θ为斜距平面内测 得的与视线的夹角，M_n,fore和M_n,aft分别为接收子孔径n前端和后端关闭的阵 元数，d_e为每个阵元的大小，L_a为天线总长度，q(t)为非工作发射阵元的数量。

步骤S42，方位模糊度计算，确定初始多普勒处理带宽为6dB处理宽 度，根据天线方向图和多普勒处理带宽计算方位模糊度AASR，方位模糊 度的计算公式为：

式(26)中，G为合成的天线方向图，B_p为多普勒处理带宽，m为方 位模糊回波信号数，f为多普勒频率，PRF为实际脉冲重复频率。

步骤S43：判断所计算出来的AASR(方位模糊度)是否满足系统的 要求，若不满足要求，则减小处理带宽，如将6dB处理带宽减小为4dB处 理带宽，并返回步骤S41，重新计算方位模块度AASR，若计算出的方位 模糊度AASR低于预设值，则可以利用上述设计/调整好的放射天线和接 收天线进行信号收发。

本发明实施例通过对接收天线和发射天线进行设计/调整，能有效地克 服了由于脉冲重复频率PRF取值问题引起的非均匀采样问题，由此获得均 匀的采用信号，提高了成像性能。并且，本发明中由于获得的方位向采样 是均匀的，故在信号处理中省去了信号重建环节，提高了系统处理效率并 避免了重建滤波器带来的性能损失。除此之外，本发明对天线相位中心的 调整是通过采用普通的相控阵天线实现的，因此不需要引入其它设备，故具有成本低的特点。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明 的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保 护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应 视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于合成孔径雷达系统的信号收发方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定雷达系统的实际脉冲重复频率；

根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式，并对各所述接收子孔径的相位中心间距进行调整，以获得当前工作的接收天线；

利用发射天线发射信号，并利用所述当前工作的接收天线中各接收子孔径的各接收阵元接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定雷达系统的实际脉冲重复频率包括：

确定接收天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒带宽；

基于所述天线子孔径的个数、平台高度、方位向过采样率以及多普勒带宽计算获得所述实际脉冲重复频率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际脉冲重复频率确定接收天线中各接收子孔径的相位中心间距的调整方式，具体包括：

确定接收天线中各接收子孔径的初始相位中心间距；

根据所述初始相位中心间距以及接收天线最大关闭接收阵元比例确定接收子孔径的相位中心间距的最大值和最小值；

基于所述相位中心间距的最大值和最小值确定理想脉冲重复频率的最大值PRF_{opt_max}和最小值PRF_{opt_min}；

基于所述相位中心间距的最大值、相位中心间距最小值、理想脉冲重复频率的最大值PRF_{opt_max}、理想脉冲重复频率的最小值PRF_{opt_min}、发射天线的长度以及发射天线最大关闭发射阵元比例分别确定发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRF_max和发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRF_min；

将所述实际脉冲重复频率PRF与所述理想脉冲频率的最大值PRF_{opt_max}、理想脉冲频率的最小值PRF_{opt_min}、所述理想脉冲频率PRF_opt、所述发射天线可补偿的脉冲重复频率的最大值PRF_max和所述发射天线可补偿的脉冲重复频率的最小值PRF_min进行比较，获得比较结果，基于所述比较结果确定各所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述比较结果确定所述接收子孔径的相位中心间距的调整方式，具体包括：

若PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}；则将所述接收子孔径的相位中心间距调整为所述最大值；

若PRF_{opt_min}＜PRF<PRF_opt；则增加接收子孔径的相位中心间距；

若PRF_opt＜PRF＜PRF_{opt_max}；则减少接收子孔径的相位中心间距；

若PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max；则将所述接收子孔径的相位中心间距调整为所述最小值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最大调整间距，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭，以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最大调整间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，增加接收子孔径的相位中心间距，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭，以增加接收子孔径的相位中心间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，减少接收子孔径的相位中心间距，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收阵元的大小、平台速度、实际脉冲重复频率、以及接收子孔径初始相位中心间距确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭，以减少接收子孔径的相位中心间距。

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最小值，具体包括：

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的前端的待关闭接收阵元的数量；

根据接收天线中接收子孔径的个数、接收天线最大关闭接收阵元比例、接收子孔径的长度确定各接收子孔径的后端的待关闭接收阵元的数量；

根据确定出的所述待关闭接收阵元的数量，对各接收子孔径中的前端和后端的接收阵元进行关闭，以将所述接收子孔径的相位中心间距调整为最小调整间距；

其中，各所述接收径子孔径指向平台运动方向的一端为该子孔径的前端，指向平台运动反方向的一端为该子孔径的后端。

9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在PRF_min<PRF<PRF_{opt_min}或者PRF_{opt_max}＜PRF<PRF_max时，所述利用发射天线发射信号具体包括：

确定发射天线相位中心的初始位置；

确定每次发射脉冲时发射天线的相位中心的步进大小以及移动方向；

基于所述初始位置、所述步进大小以及所述移动方向，确定每次发射脉冲时所对应的发射天线的相位中心的目标位置。

基于发射天线的相位中心的各目标位置确定工作的发射阵元，以在每次发射脉冲时关闭非工作发射阵元后进行信号发射。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述工作的接收天线接收由发射天线发射的、经过反射后的回波信号之前，所述方法还包括

计算雷达系统的方位模糊度，以在验证所述方位模糊度满足要求时，进行信号的接收和发射。

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