CN112180367B - 多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法、装置及终端 - Google Patents

多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法、装置及终端 Download PDF

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CN112180367B CN202010940876.XA CN202010940876A CN112180367B CN 112180367 B CN112180367 B CN 112180367B CN 202010940876 A CN202010940876 A CN 202010940876A CN 112180367 B CN112180367 B CN 112180367B
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Abstract

本公开是关于一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法、装置及终端。该多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法通过获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；基于相位编码矩阵构建的加权向量，对混合信号进行时移加权；通过带通滤波将时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个子混合信号均包括第一信号段和第二信号段；基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个子混合信号中的第一信号段和第二信号段，以及合成分离出的多个第一信号段，从而获得接收天线接收到的对应发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号。

Description

多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法、装置及终端
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法、装置及终端。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)能够全天时，全天候，全球对地观测，应用广泛。然而随着应用需求的扩展，传统SAR体制的核心指标已接近瓶颈极限，如难以实现高分辨率宽测绘带成像以及多任务协同等问题。为了解决这些瓶颈问题，人们提出了多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)合成孔径雷达概念。融合MIMO技术与SAR系统各自特点而构成的新体制多输入多输出合成孔径雷达，不仅能获得远多于实际天线数目的等效观测通道，还可显著提升功率孔径积，为解决传统SAR面临的高分辨与测绘带宽相互矛盾以及多任务协同等实际问题提供了更为有效的技术途径。MIMO-SAR概念自提出以来，便受到了欧美许多军事强国的广泛关注，日益成为SAR领域的研究热点。
由于MIMO-SAR的每个接收通道同时接收不同发射通道发射信号的回波信息，不同发射通道的回波信息会造成相互干扰。因此同频带回波信号分离是MIMO-SAR所面临的核心问题。
发明内容
一方面，本公开提供一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法。
本公开提供的一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，包括：
获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中所述多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；
基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
在一些实施例中，还包括：
选择一个相位编码矩阵，所述相位编码矩阵为可逆矩阵；
基于所述相位编码矩阵构建每个发射天线对应的分段相位编码信号。
在一些实施例中，所述基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权，包括：
对所述混合信号进行时移得到多个时移后的混合信号；
基于所述相位编码矩阵构建对所述混合信号进行加权的加权向量；
基于所述加权向量，对所述多个时移后的混合信号进行加权，获得时移加权后的混合信号。
在一些实施例中，所述基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，包括：
基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过数字波束合成对每个所述子混合信号进行空域滤波，得到分离后的多个所述第一信号段和多个所述第二信号段。
在一些实施例中，所述通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，还包括：
构建所述数字波束合成的加权系数向量，基于所述加权系数向量分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段。
在一些实施例中，所述分段相位编码信号sm(t)为：
Figure BDA0002673596550000031
其中s(t)为子脉冲调制信号，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度；
所述相位编码矩阵Φ为：
Figure BDA0002673596550000032
其中φm＝[φm,1,φm,2,…,φm,M]，为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量，m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数，t为时间变量，i为1～M范围内的取值，i为正整数。
在一些实施例中，所述包含有多个回波信号的混合信号为rp,n(t,η)，其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间；
所述多个时移后的混合信号为rp,n(t-(i-1)Ts,η)，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量；
对所述混合信号进行加权的加权向量为wm，且
wm＝[wm,M,wm,M-1,…,wm,1]T＝Φ-1×cm，其中
Figure BDA0002673596550000033
所述时移加权后的混合信号为
Figure BDA0002673596550000034
且
Figure BDA0002673596550000035
m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数。
在一些实施例中，所述通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，包括：
通过NB个带通滤波器，对所述时移加权后的混合信号进行带通滤波处理得到NB个所述子混合信号；以及
第nB个所述子混合信号rBF,n(t,η,nB)为：
Figure BDA0002673596550000041
Twant(nB)为相比于参考回波脉冲中心的时移，且
Figure BDA0002673596550000042
rwant,n(t,η,nB)为第一信号段，且
Figure BDA0002673596550000043
rinf,n(t,η,nB)为第二信号段，且
Figure BDA0002673596550000044
其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在一些实施例中，还包括：通过线性约束最小方差波束形成算法构造所述加权系数向量；
所述加权系数向量为wDBF，且
Figure BDA0002673596550000045
则空域滤波后的第nB个包含有多个第一信号段的单一信号为rDBF(t,η,nB)，且
Figure BDA0002673596550000046
其中，N为俯仰向天线数，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在一些实施例中，所述合成分离出的多个所述第一信号段，包括：
加和所述空域滤波后多个所述第一信号段，得到所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)；
且
Figure BDA0002673596550000051
其中，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
另一方面，本公开提供一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离处理装置。
本公开提供的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置，包括：
第一处理单元，用于获取接收天线接收的基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的包含有多个回波信号的混合信号；
第二处理单元，用于基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
第三处理单元，用于通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：
所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
第四处理单元，用于基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
又一方面，本公开还提供一种终端。
本公开实施例提供的终端，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行上述一方面所述方法的步骤。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法通过获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；基于相位编码矩阵构建的加权向量，对混合信号进行时移加权；通过带通滤波将时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：第一信号段为接收天线接到的对应发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号，第二信号段为接收天线接收到的除对应发射天线以外的发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号；基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个子混合信号中的第一信号段和第二信号段，以及合成分离出的多个第一信号段，从而获得接收天线接收到的对应发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号，以进行高分辨率宽测绘带宽成像，避免了其他发射天线产生的回波信号对成像造成的干扰。
附图说明
图1为根据一示例性实施例示出的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法流程图；
图2为根据一示例性实施例示出的天线构型示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的基于多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法获得的信号进行的成像结果对比图；
图4是根据一示例性实施例示出的雷达信号处理装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本公开提供一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法。图1为根据一示例性实施例示出的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法流程图。如图1所示，上述多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，包括：
步骤10、获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中所述多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；
步骤11、基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
步骤12、通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
步骤13、基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
在示例性实施例中，通过获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号(Segmented PhaseCode，SPC)产生的返回信号；基于相位编码矩阵构建的加权向量，对混合信号进行时移加权；通过带通滤波将时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，并基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个子混合信号中的第一信号段和第二信号段，以及合成分离出的多个第一信号段，从而获得接收天线接收到的对应发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号，以进行高分辨率宽测绘带宽成像，避免了其他发射天线产生的回波信号对成像造成的干扰。
在示例性实施例中，发射天线为多个，每个发射天线发射一个分段相位编码信号，对应产生一个回波信号。一个接收天线在接收对应发射天线产生的回波信号时，会同时接收其他天线产生的回波信号。发射天线和接收天线均可以是多个天线形成的二维天线矩阵。每个接收天线均接收多个发射天线返回的回波信号。
在一些实施例中，还包括：
选择一个相位编码矩阵，所述相位编码矩阵为可逆矩阵；
基于所述相位编码矩阵构建每个发射天线对应的分段相位编码信号。
在示例性实施例中，可以选定一个可逆的M*M的矩阵作为相位编码矩阵。其中，矩阵中的每一行向量对应为一个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量。例如，矩阵中第m个行向量为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量。
在一些实施例中，所述基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权，包括：
对所述混合信号进行时移得到多个时移后的混合信号；
基于所述相位编码矩阵构建对所述混合信号进行加权的加权向量；
基于所述加权向量，对所述多个时移后的混合信号进行加权，获得时移加权后的混合信号。
在示例性实施例中，混合信号为一个接收天线接收到的多个发射天线返回的回波信号形成的混合信号。可对该混合信号进行时移处理，得到M个时移后的混合信号。通过加权向量对M个时移后的混合信号进行加权处理，得到时移加权处理后的混合信号。
在一些实施例中，所述基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，包括：
基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过数字波束合成对每个所述子混合信号进行空域滤波，得到分离后的多个所述第一信号段和多个所述第二信号段。
在示例性实施例中，第一信号段和第二信号段之间有一定的时延差。利用第一信号段和第二信号段之间的时延差，通过数字波束合成(Digital Beamforming，DBF)的空域滤波技术，滤除第二信号段，以便于通过获得的第一信号段进行图像处理。
在一些实施例中，所述通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，还包括：
构建所述数字波束合成的加权系数向量，基于所述加权系数向量分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段。
在示例性实施例中，利用构造的加权系数向量，对子混合信号进行加权处理，可将子混合信号中的多个第一信号段分离处理，滤除多个第二信号段。
在一些实施例中，所述分段相位编码信号sm(t)为：
Figure BDA0002673596550000091
其中s(t)为子脉冲调制信号，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度；
所述相位编码矩阵Φ为：
Figure BDA0002673596550000092
其中φm＝[φm,1,φm,2,…,φm,M]，为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量，m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数，t为时间变量，i为1～M范围内的取值，i为正整数。
在示例性实施例中，子脉冲调制信号s(t)可以是任意的一种雷达波形，例如线性调频信号。子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度为Ts，子脉冲带宽为B。每个发射天线发射的分段相位编码信号的脉冲宽度为MTs，脉冲带宽为B。
在一些实施例中，所述包含有多个回波信号的混合信号为rp,n(t,η)，其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间；
所述多个时移后的混合信号为rp,n(t-(i-1)Ts,η)，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量；
对所述混合信号进行加权的加权向量为wm，且
wm＝[wm,M,wm,M-1,…,wm,1]T＝Φ-1×cm，其中
Figure BDA0002673596550000101
所述时移加权后的混合信号为
Figure BDA0002673596550000102
且
Figure BDA0002673596550000103
m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数。
在示例性实施例中，一个接收天线接收包含有多个回波信号的混合信号为rp,n(t,η)，形成M个时移后的混合信号分别为：rp,n(t-(i-1)Ts,η)，i＝1,2,…,M。对M个时移后的混合信号进行加权处理。加权系数为wm,i。通过
wm＝[wm,M,wm,M-1,…,wm,1]T＝Φ-1×cm，获得wm,i。
在一些实施例中，所述通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，包括：
通过NB个带通滤波器，对所述时移加权后的混合信号进行带通滤波处理得到NB个所述子混合信号；以及
第nB个所述子混合信号rBF,n(t,η,nB)为：
Figure BDA0002673596550000104
Twant(nB)为相比于参考回波脉冲中心的时移，且
Figure BDA0002673596550000105
rwant,n(t,η,nB)为第一信号段，且
Figure BDA0002673596550000106
rinf,n(t,η,nB)为第二信号段，且
Figure BDA0002673596550000107
其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在示例性实施例中，NB个带通滤波器为一个带通滤波器组，NB数值可自行设置，例如可设置6带通滤波器。
在一些实施例中，还包括：通过线性约束最小方差波束形成算法构造所述加权系数向量；
所述加权系数向量为wDBF，且
Figure BDA0002673596550000111
则空域滤波后的第nB个包含有多个第一信号段的单一信号为rDBF(t,η,nB)，且
Figure BDA0002673596550000112
其中，N为俯仰向天线数，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在示例性实施例中，根据带通滤波后的第一信号段和第二信号段之间的时延关系，利用线性约束最小方差(Linear Constraint MinimumVariance,LCMV)波束形成算法构造DBF加权系数向量为
Figure BDA0002673596550000113
通过该DBF加权系数向量对第nB个子混合信号rBF,n(t,η,nB)进行加权处理，以获得包含有多个第一信号段，滤除第二信号段的单一信号rDBF(t,η,nB)。
在一些实施例中，所述合成分离出的多个所述第一信号段，包括：
加和所述空域滤波后多个所述第一信号段，得到所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)；
且
Figure BDA0002673596550000114
其中，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在示例性实施例中，对空域滤波后的包含有第一信号段的NB个单一信号rDBF(t,η,nB)进行加和，获得接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)。
图2为根据一示例性实施例示出的天线构型示意图。如图2所示，方位向天线数(方位向通道数)为M，俯仰向天线数(俯仰向通道数)为N。表1为根据一示例性实施例示出的雷达参数。如表1所示，在具体应用时，各参数如下。
雷达参数 值
轨道高度 607(Km)
下视角 20(deg)
载频 9.6(GHz)
<![CDATA[脉冲宽度(总脉冲宽度)MT<sub>s</sub>]]> 40(us)
脉冲带宽B 30(MHz)
方位向天线长度 9.6(m)
俯仰向天线长度 3(m)
方位向通道数M 2
俯仰向通道数N 16
带通滤波器数量 6
下视角范围 16-24(deg)
表1
所采用的相位编码矩阵为
Figure BDA0002673596550000121
对应的面目标仿真结果如图3所示。图3是根据一示例性实施例示出的基于多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法获得的信号进行的成像结果对比图。其中图3中(a)为第一个SPC信号照射的原始场景；图3中(b)为正负调频信号的成像结果；图3中(c)为采用本公开实施例进行回波分离后的第一个SPC波形的成像结果。通过对比可知，本公开实施例进行回波分离后的第一个SPC波形的成像结果相对于正负调频信号的成像结果在清晰度和分辨率方面，提高了很多。
另一方面，本公开提供一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置。图4是根据一示例性实施例示出的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置结构示意图。如图4所示，本公开提供的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置，包括：
第一处理单元41，用于获取接收天线接收的基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的包含有多个回波信号的混合信号；
第二处理单元42，用于基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
第三处理单元43，用于通过带通滤波将所述时移加权后的所述混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：
所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
第四处理单元44，用于基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
在示例性实施例中，多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置包括第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元以及第四处理单元。第一处理单元用于通过获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；第二处理单元基于相位编码矩阵构建的加权向量，对混合信号进行时移加权；第三处理单元通过带通滤波将时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，并第四处理单元基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个子混合信号中的第一信号段和第二信号段，以及合成分离出的多个第一信号段，从而获得接收天线接收到的对应发射天线发射的分段相位编码信号返回的回波信号，以进行高分辨率宽测绘带宽成像，避免了其他发射天线产生的回波信号对成像造成的干扰。
在示例性实施例中，发射天线为多个，每个发射天线发射一个分段相位编码信号，对应产生一个回波信号。一个接收天线在接收对应发射天线产生的回波信号时，会同时接收其他天线产生的回波信号。发射天线和接收天线均可以是多个天线形成的二维天线矩阵。每个接收天线均接收多个发射天线返回的回波信号。
在一些实施例中，第一处理单元，还用于：选择一个相位编码矩阵，所述相位编码矩阵为可逆矩阵；
基于所述相位编码矩阵构建每个发射天线对应的分段相位编码信号。
在示例性实施例中，可以选定一个可逆的M*M的矩阵作为相位编码矩阵。其中，矩阵中的每一行向量对应为一个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量。例如，矩阵中第m个行向量为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量。
所述分段相位编码信号sm(t)为：
Figure BDA0002673596550000141
其中s(t)为子脉冲调制信号，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度；
所述相位编码矩阵Φ为：
Figure BDA0002673596550000142
其中φm＝[φm,1,φm,2,…,φm,M]，为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量，m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数，t为时间变量，i为1～M范围内的取值，i为正整数。
在一些实施例中，所述第二处理单元，具体用于对所述混合信号进行时移得到多个时移后的混合信号；
基于所述相位编码矩阵构建对所述混合信号进行加权的加权向量；
基于所述加权向量，对所述多个时移后的混合信号进行加权，获得时移加权后的混合信号。
在示例性实施例中，混合信号为一个接收天线接收到的多个发射天线返回的回波信号形成的混合信号。可对该混合信号进行时移处理，得到M个时移后的混合信号。通过加权向量对M个时移后的混合信号进行加权处理，得到时移加权处理后的混合信号。
所述包含有多个回波信号的混合信号为rp,n(t,η)，其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间；
所述多个时移后的混合信号为rp,n(t-(i-1)Ts,η)，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量；
对所述混合信号进行加权的加权向量为wm，且
wm＝[wm,M,wm,M-1,…,wm,1]T＝Φ-1×cm，其中
Figure BDA0002673596550000151
所述时移加权后的混合信号为
Figure BDA0002673596550000152
且
Figure BDA0002673596550000153
m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数。
在一些实施例中，所述第四处理单元，具体用于基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过数字波束合成对每个所述子混合信号进行空域滤波，得到分离后的多个所述第一信号段和多个所述第二信号段。
在示例性实施例中，第一信号段和第二信号段之间有一定的时延差。利用第一信号段和第二信号段之间的时延差，通过数字波束合成(Digital Beamforming，DBF)的空域滤波技术，滤除第二信号段，以便于通过获得的第一信号段进行图像处理。
通过NB个带通滤波器，对所述时移加权后的混合信号进行带通滤波处理得到NB个所述子混合信号；以及
第nB个所述子混合信号rBF,n(t,η,nB)为：
Figure BDA0002673596550000161
Twant(nB)为相比于参考回波脉冲中心的时移，且
Figure BDA0002673596550000162
rwant,n(t,η,nB)为第一信号段，且
Figure BDA0002673596550000163
rinf,n(t,η,nB)为第二信号段，且
Figure BDA0002673596550000164
其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，i＝1,2,…,M；i为1～M范围内的取值，i为正整数，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在一些实施例中，第四处理单元，还用于构建所述数字波束合成的加权系数向量，基于所述加权系数向量分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段。
通过线性约束最小方差波束形成算法构造所述加权系数向量；
所述加权系数向量为wDBF，且
Figure BDA0002673596550000165
则空域滤波后的第nB个包含有多个第一信号段的单一信号为rDBF(t,η,nB)，且
Figure BDA0002673596550000166
其中，N为俯仰向天线数，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
加和所述空域滤波后多个所述第一信号段，得到所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)；
且
Figure BDA0002673596550000167
其中，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
在示例性实施例中，对空域滤波后的包含有第一信号段的NB个单一信号rDBF(t,η,nB)进行加和，获得接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)。
本公开还提供一种终端。本公开实施例提供的终端，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行另一方面本公开实施例提供的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离处理方法的步骤。
本公开还提供一种计算机可读存储介质。本公开实施例提供的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现另一方面本公开实施例提供的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离处理方法的步骤。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，包括：
获取接收天线接收的包含有多个回波信号的混合信号，其中所述多个回波信号为基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的返回信号；
基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
通过带通滤波将时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
2.根据权利要求1所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，还包括：
选择一个相位编码矩阵，所述相位编码矩阵为可逆矩阵；
基于所述相位编码矩阵构建每个发射天线对应的分段相位编码信号。
3.根据权利要求1所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权，包括：
对所述混合信号进行时移得到多个时移后的混合信号；
基于所述相位编码矩阵构建对所述混合信号进行加权的加权向量；
基于所述加权向量，对所述多个时移后的混合信号进行加权，获得时移加权后的混合信号。
4.根据权利要求3所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，包括：
基于所述第一信号段和所述第二信号段的时延差，通过数字波束合成对每个所述子混合信号进行空域滤波，得到分离后的多个所述第一信号段和多个所述第二信号段。
5.根据权利要求4所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，还包括：
构建所述数字波束合成的加权系数向量，基于所述加权系数向量分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段。
6.根据权利要求5所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述分段相位编码信号sm(t)为：
其中s(t)为子脉冲调制信号，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度；
所述相位编码矩阵Φ为：
其中φm＝[φm,1,φm,2,…,φm,M]，为第m个发射天线所发射的分段相位编码信号的编码向量，m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数，t为时间变量，i为1～M范围内的取值，i为正整数。
7.根据权利要求6所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述包含有多个回波信号的混合信号为rp,n(t,η)，其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间；
所述多个时移后的混合信号为rp,n(t-(i-1)Ts,η)，Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量；
对所述混合信号进行加权的加权向量为wm，且
wm＝[wm,M,wm,M-1,…,wm,1]T＝Φ-1×cm，其中
所述时移加权后的混合信号为且
m大于或等于1小于或等于M，M为方位向天线数。
8.根据权利要求7所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述通过带通滤波将所述时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，包括：
通过NB个带通滤波器，对所述时移加权后的混合信号进行带通滤波处理得到NB个所述子混合信号；以及
第nB个所述子混合信号rBF,n(t,η,nB)为：
Twant(nB)为相比于参考回波脉冲中心的时移，且
rwant,n(t,η,nB)为第一信号段，且
rinf,n(t,η,nB)为第二信号段，且其中p为第p个接收天线组，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，i＝1,2,…,M；Ts为子脉冲调制信号对应的子脉冲宽度，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
9.根据权利要求8所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，还包括：通过线性约束最小方差波束形成算法构造所述加权系数向量；
所述加权系数向量为wDBF，且则空域滤波后的第nB个包含有多个第一信号段的单一信号为rDBF(t,η,nB)，
且其中，N为俯仰向天线数，n为第p个天线组中的第n个接收天线，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
10.根据权利要求9所述的多输入多输出合成孔径雷达的回波分离方法，其特征在于，所述合成分离出的多个所述第一信号段，包括：
加和所述空域滤波后多个所述第一信号段，得到所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号routput(t,η)；
且其中，η为方位向时间，t为时间变量，nB为1～NB范围内的取值，nB为正整数。
11.一种多输入多输出合成孔径雷达的回波分离装置，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于获取接收天线接收的基于相位编码矩阵构建的多个分段相位编码信号产生的包含有多个回波信号的混合信号；
第二处理单元，用于基于所述相位编码矩阵构建的加权向量，对所述混合信号进行时移加权；
第三处理单元，用于通过带通滤波将所述时移加权后的混合信号分为多个子混合信号，以及每个所述子混合信号均包括第一信号段和第二信号段，其中：
所述第一信号段为所述接收天线接到的对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号，所述第二信号段为所述接收天线接收到的除所述对应发射天线以外的发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号；
第四处理单元，用于基于第一信号段和第二信号段的时延差，通过滤波分离每个所述子混合信号中的所述第一信号段和所述第二信号段，以及合成分离出的多个所述第一信号段，获得所述接收天线接收到的所述对应发射天线发射的所述分段相位编码信号返回的回波信号。
12.一种终端，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。
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基于方位相位编码线性调频波形的MIMO-SAR;张佳佳;系统工程与电子技术;第36卷(第08期);全文 *

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