CN117233765B - 一种基于收发指向分离的星载sar距离模糊抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，属于雷达系统设计技术领域，通过天线距离向收发方向图指向分离，减小方向图主瓣宽度，把第一模糊区移到天线主瓣之外，从而抑制距离模糊。本发明提出通过距离向天线方向图收发指向分离使主瓣波束宽度变窄，将模糊区移出主瓣，达到抑制距离模糊的目的。

Description

一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法

技术领域

本发明属于雷达系统设计技术领域，具体涉及一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法。

背景技术

星载SAR能实现全天时、全天候对地成像，是一种应用广泛的微波遥感传感器。星载SAR通常工作于脉冲体制，不可避免地存在模糊问题，包括方位模糊和距离模糊，当模糊现象较为严重时，会对图像质量产生很大影响。

星载SAR距离模糊产生机理如图1所示，第n个发射脉冲由成像区散射后得到的回波信号经过m个脉冲周期由天线接收，而第n-1个和第n+1个脉冲分别由+1距离模糊区和-1距离模糊区散射后得到的模糊信号经过m+1和m-1个脉冲周期由天线接收，恰好与回波信号同时到达，在图像中将形成模糊目标，影响图像质量。距离模糊度定义为模糊区回波信号能量与成像区回波信号能量的比值，一般应低于-20dB。

距离模糊度大小与脉冲重复频率（PRF）、成像区宽度和成像视角等星载SAR系统设计参数相关，还与SAR天线距离向方向图特性有关。从图1可以看出，成像区使用距离向天线方向图波束中心，回波能量最强，而模糊区则在波束中心两侧，回波能量较弱，且离波束中心越远，能量越弱。

调整与星载SAR距离模糊相关的系统设计参数可以实现距离模糊抑制，但会对其它系统性能指标产生影响，如降低PRF有利于改善距离模糊，但会使方位模糊恶化；减小成像区宽度或成像视角也有利于改善距离模糊，但这相当于减弱了星载SAR的观测能力。

针对星载SAR天线距离向方向图进行加权赋形是抑制距离模糊的常用技术手段，通过方向图加权赋形能够降低模糊区位置的旁瓣，从而降低模糊区回波能量，达到抑制距离模糊的目的。图2是加权赋形前距离向天线方向图中成像区和模糊区位置示意图，图3则是加权赋形后距离向天线方向图中成像区和模糊区位置示意图。可以看到，加权赋形降低了距离向天线方向图旁瓣，减小了处于旁瓣的距离模糊区的能量，使距离模糊度得到改善。

由上可知，针对星载SAR天线距离向方向图进行加权赋形是抑制距离模糊的有效手段，通过方向图加权赋形可以降低模糊区位置的旁瓣，但这种方法仅对模糊区位于方向图主瓣之外的旁瓣区域情况有效。当成像视角较大时，左右第1模糊区会进入天线方向图主瓣内，此时模糊能量比模糊区位于旁瓣时更强，更有必要对距离模糊进行抑制，但如使用常规的天线方向图加权赋形方法，方向图主瓣还会有所展宽，进入主瓣的模糊区会更多，不但不会改善距离模糊，还会使其恶化。

以下用某实际在轨星载SAR一组大视角波位参数（如表1所示）为例具体说明，后面将使用同一组波位参数说明所提出方法的有效性。

表1

，

图4是该组参数距离向天线方向图和模糊区示意图，可见左右第一模糊区均进入了方向图主瓣。

图5是该组参数计算得到的距离模糊度曲线，最差距离模糊度仅-15.3dB，与-20dB的指标要求差距较大。

因此，针对以上情况如使用常规的天线方向图加权赋形方法，方向图主瓣还会有所展宽，不但不会改善距离模糊，还会使其恶化。

发明内容

为解决常规方向图加权赋形方法不适用于大成像视角模糊区进入天线方向图主瓣的问题，本发明提出一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，其为一种针对星载合成孔径雷达（SAR）存在的距离模糊问题提出的基于天线方向图收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，解决了现有方法不适用于大成像视角模糊区进入天线方向图主瓣的情况。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，首先基于收发指向一致的天线的发射方向图和接收方向图计算星载SAR某波位的距离模糊度，如果距离模糊度不满足指标要求，则通过调整指向使天线的发射方向图和接收方向图的指向分离，从而调整指向分离角度，然后再计算距离模糊度；如果距离模糊度减小，则继续增大天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度，直至距离模糊度开始变大；当距离模糊度达到最小时，则得到天线的发射方向图和接收方向图的最佳指向差，所述最佳指向差即星载SAR设计所需要的天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度。

进一步地，在增大指向分离角度时，调整步进为0.1°。

进一步地，如果距离模糊度满足指标要求，则不需调整指向，以利用天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度来改善距离模糊度。

有益效果：

现有的抑制距离模糊的常规方法是通过距离向方向图加权赋形来降低模糊区位置的旁瓣，但这种方法仅对模糊区位于方向图主瓣之外旁瓣区域的情况有效，当成像视角较大时，左右第1模糊区会进入天线方向图主瓣内，此时使用常规的天线方向图加权赋形方法，方向图主瓣还会有所展宽，不但不会改善距离模糊，还会使其恶化。因此，本发明提出通过距离向天线方向图收发指向分离使主瓣波束宽度变窄，将模糊区移出主瓣，达到抑制距离模糊的目的。

附图说明

图1为星载SAR距离模糊产生机理示意图；

图2为距离向天线方向图中成像区和模糊区位置示意图（加权赋形前）；

图3为距离向天线方向图中成像区和模糊区位置示意图（加权赋形后）；

图4为大视角波位距离向天线方向图和模糊区示意图；

图5为大视角波位距离模糊度曲线图；

图6为大视角波位收发指向相差0.96°时距离向天线方向图和模糊区示意图；

图7为大视角波位收发指向相差0.96°时距离模糊度曲线图；

图8为大视角波位方向图主瓣波束宽度随收发指向角度差变化曲线图；

图9为大视角波位原第一旁瓣电平随收发指向角度差变化曲线图；

图10为大视角波位新产生第一旁瓣电平随收发指向角度差变化曲线图；

图11为大视角波位距离模糊度随收发指向角度差变化曲线图；

图12为本发明的一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法通过天线距离向收发方向图指向分离，减小方向图主瓣宽度，把第一模糊区移到天线主瓣之外，从而达到抑制距离模糊的目的。

具体来说，影响距离模糊的是天线距离向发射方向图和接收方向图合成的方向图，一般来说，天线发射方向图和接收方向图的波束指向是一致的。本发明提出，通过适当分离天线发射方向图和接收方向图的波束指向，使合成方向图主瓣宽度变窄，将第一模糊区移出天线主瓣，以达到抑制距离模糊的目的，天线距离向收发方向图指向分离存在使距离模糊度最小的最佳指向差，按前述流程确定。

如图12所示，本发明提出一种星载SAR距离模糊抑制方法包括：首先基于常规收发指向一致的天线的发射方向图和接收方向图计算星载SAR某波位的距离模糊度，如果距离模糊度不满足指标要求，则通过调整指向使天线的发射方向图和接收方向图的指向角度分离，调整步进为0.1°，然后再计算距离模糊度；如果距离模糊度减小，则继续增大天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度，直至距离模糊度开始变大；当距离模糊度达到最小时，则得到天线的发射方向图和接收方向图的最佳指向差，即最佳的指向分离角度。最小距离模糊度对应的最佳指向差即系统设计所需要的天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度。如果距离模糊度满足指标要求，则不需分离SAR天线收发指向来改善距离模糊度。

随天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度由小变大，天线方向图主瓣波束宽度逐渐减小，原第一旁瓣电平逐渐降低，而新产生的第一旁瓣电平逐渐升高。

随天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度由小变大，所述距离模糊度先由大变小，之后再由小变大，从而存在使距离模糊度最小的最佳指向差。

如图6所示，距离向发射方向图和接收方向图波束指向分别向左和向右偏离0.48°，即收发指向相差0.96°。

从图6中可以看出，收发指向分离后的合成方向图主瓣变窄，左右第一模糊区均移出了方向图主瓣。图7为该种情况下的距离模糊度曲线，距离模糊度优于-21.8dB，较收发指向分离前大幅改善。

收发指向分离对距离向天线方向图的影响包括以下几个方面：一是方向图主瓣波束宽度变窄；二是方向图原第一旁瓣电平降低；三是在方向图主瓣和旁瓣及相邻旁瓣之间产生了新的旁瓣，其中对距离模糊影响较大的是主瓣与原第一旁瓣之间新产生的第一旁瓣。

如图8，图9，图10所示为根据前述大视角波位分别给出的方向图主瓣波束宽度、原第一旁瓣电平和新产生第一旁瓣电平随方向图收发指向角度差的变化曲线。

从图8，图9，图10的曲线可以看出，随着距离向方向图收发指向角度差的逐渐增大，方向图主瓣波束宽度逐渐变窄，方向图原第一旁瓣电平逐渐降低，这将使模糊区信号减小，有利于抑制距离模糊，但同时新产生的第一旁瓣电平较快增大，又会使模糊区信号增大，对抑制距离模糊又是不利的，最终对距离模糊度的改善效果是以上几方面综合作用的结果。

如图11所示为大视角波位距离模糊度随收发指向角度差的变化曲线图，可以看出，随着距离向方向图收发指向角度差由小变大，距离模糊度逐渐降低，收发指向角度差达到0.96°时，距离模糊度降到最低值（-21.8dB），随着收发角度指向差继续增大，距离模糊度又会逐渐增大。这可以基于图8、图9和图10的曲线作出解释，开始随着收发指向角度差由小变大，主瓣波束宽度逐渐变窄，左右第一模糊区逐渐移出主瓣，距离模糊度逐渐降低，当左右第一模糊区移至旁瓣后，随着新产生第一旁瓣的迅速增大，又会导致距离模糊度逐渐增大。

需要指出，以上曲线是根据表1所列出的某实际在轨星载SAR大视角波位参数仿真计算得出的，当相关参数发生变化时，需要重新进行仿真计算，得到实现距离模糊抑制的最佳距离向方向图收发指向角度差。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，其特征在于，首先基于收发指向一致的天线的发射方向图和接收方向图计算星载SAR某波位的距离模糊度，如果距离模糊度不满足指标要求，则通过调整指向使天线的发射方向图和接收方向图的指向分离，从而调整指向分离角度，使合成方向图主瓣宽度变窄，将第一模糊区移出天线主瓣，然后再计算距离模糊度；如果距离模糊度减小，则继续增大天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度，直至距离模糊度开始变大；当距离模糊度达到最小时，则得到天线的发射方向图和接收方向图的最佳指向差，所述最佳指向差即星载SAR设计所需要的天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度；

在增大指向分离角度时，调整步进为0.1°。

2.根据权利要求1所述的一种基于收发指向分离的星载SAR距离模糊抑制方法，其特征在于，如果距离模糊度满足指标要求，则不需调整指向以利用天线的发射方向图和接收方向图的指向分离角度来改善距离模糊度。