一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法技术

一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，宽幅全极化星载SAR是指在一个脉冲重复间隔内依次发射H与V极化脉冲，而后利用双极化通道接收回波，从而获得四种极化分量的新系统。这一新型全极化SAR可不增加系统重频，因此能够获得更宽的测绘带。然而，为获得这一性能提升，就必须首先将不同极化脉冲的回波分离开。本方法在传统线性约束最小方差(LCMV)算法的基础之上进行改进：对传统算法进行拆分，并在拆分开的两步骤间引入了FIR滤波，再对第二步做相应的改进调整。根据本方法来实现极化回波分离，一方面能够使得不同极化回波的分离隔离度满足应用需求，另一方面也无需过度增加星上运算量，降低了工程实现难度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，宽幅全极化星载SAR是指在一个脉冲重复间隔内依次发射H与V极化脉冲，而后利用双极化通道接收回波，从而获得四种极化分量的新系统。这一新型全极化SAR可不增加系统重频，因此能够获得更宽的测绘带。然而，为获得这一性能提升，就必须首先将不同极化脉冲的回波分离开。本方法在传统线性约束最小方差(LCMV)算法的基础之上进行改进：对传统算法进行拆分，并在拆分开的两步骤间引入了FIR滤波，再对第二步做相应的改进调整。根据本方法来实现极化回波分离，一方面能够使得不同极化回波的分离隔离度满足应用需求，另一方面也无需过度增加星上运算量，降低了工程实现难度。【专利说明】—种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法
本专利技术针对新体制宽幅全极化星载SAR系统的关键性问题一混叠回波的分离处理，提供了一种新型极化回波分离方法，主要涉及到微波遥感以及信号处理两大
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技术介绍
通过发射不同的极化脉冲与双极化通道接收回波，全极化星载SAR能够获得在不同极化组合下每个分辨单元的散射信息，这有助于进一步理解目标的后向散射特性。因此，相比于单极化SAR，全极化SAR能够提供更为丰富的目标信息，有助于确定目标散射机理、提升对目标的检测识别分类能力、以及对接收到的杂波干扰的进行抑制。由于全极化技术的引入，SAR的应用领域被极大地拓宽。通过全极化SAR图像，我们可以提取出更多的信息，这些信息在农林监测、水文地理、城市规划、灾害评估以及军事侦察等领域具有无法估量的作用。现阶段在轨运行的一系列全极化星载SAR系统(如德宇航的TerraSAR-X，加拿大航天局的RADARSAT-2等)都是采用交替发射Η/V极化脉冲与双极化通道接收回波相结合的方式来实现全极化对地观测成像的，两种极化脉冲的发射间隔为脉冲重复间隔(PR〗，Pulserepetition interval),如附图1(a)所示。这一极化方式需将系统PRF提升一倍以避免方位模糊的恶化，从而导致成像幅宽减少一半，降低了重访观测频率，这也是目前全极化星载SAR的最大弊端。为解决以上问题，德宇航DLR于2008年提出了一种的新型全极化星载SAR体制，这一体制在一次脉冲发射期间会连续发射两种极化脉冲(附图1 (b)所示与附图2所示)，在接收端再通过双极化通道接收，就能够理论上获得全部四种极化分量，不必再提高系统PRF来实现全极化观测。在这一体制提出后，国内外对其理论可行性一致认可，但同时认为这一体制工程实现的最大障碍是不同极化脉冲回波在时间上的混叠。若不能将它们有效分离开，则无法提取各个极化分量。针对回波分离这一问题，DLR在近年来已无公开文献或者专利发表，因此无法通过公开渠道知晓该机构在这一方面的工作进展情况。在国内方面，中科院电子所的齐维孔在刊物《中国科学E刊》上发表了一篇名为“一种新的多极化星载SAR工作方式研究”的文章来研究并解决这一问题，文中所述方法需要在星上完成距离压缩处理，而后再逐个距离门地进行零陷抑制处理。由于要在星上完成距离压缩，因此极大地增加了星上的运算量，对星上资源需求非常高，很难工程化实现。总之，截止到目前，还未在公开文献上看到有针对上述问题的工程化可实现方案刊出。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，针对新体制全极化星载SAR的回波混叠问题，本专利技术提出了一种新型俯仰向数字波束形成方法。这一方法通过对传统零点指向处理所采用的线性约束最小方差(Linear Constraint Minimum Variance, LCMV)算法进行改进，在俯仰向上形成两个数字接收波束实现空域滤波(附图3)，在回波接收期间就完成了对两种极化回波的分离。本专利技术的技术解决方案为:—种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，所述极化回波为一个脉冲重复间隔内依次发射的H极化脉冲与V极化脉冲相应的回波，且这两种回波在回波接收窗内从不同的视角位置同时返回至接收机，从而在时域上混叠；所述分离方法的步骤如下:(I)对平面相控阵天线俯仰向上各个接收通道内所接收到的回波依次进行低噪声放大、下变频以及ADC采样处理，将原始回波对应的高频模拟信号变为低频数字信号；(2)利用所述H极化脉冲与V极化脉冲的实时波达矢量V1与V2分别对步骤(1)所获得的低频数字信号进行加权处理，其中俯仰向第k个接收通道的低频数字信号分别被V1与V2的第k个元素Wlk与W2k加权，k为正整数,且k e , Ne为接收通道的个数；(3)将俯仰向各个接收通道中两路经不同权值V1与V2加权的信号进行相应的FIR滤波处理；(4)各个接收通道输出的经过加权矢量V1以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成一路信号；各个接收通道输出的经过加权矢量V2以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成另一路信号；(5)通过第一组加权矢量对步骤(4)得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第一个发射的H极化脉冲的回波信号；(6)通过第二组加权矢量对步骤(4)得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第二个发射的V极化脉冲的回波信号。所述步骤(2)中的两个依次发射的所述H极化脉冲与V极化脉冲的波达矢量V1与V2是时变的,其表达式分别为V1 =与V2 =波达矢量中的第k个元素可表示为【权利要求】1.一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，所述极化回波为一个脉冲重复间隔内依次发射的H极化脉冲与V极化脉冲相应的回波，这两种回波在回波接收窗内从不同的视角位置同时返回至接收机，从而在时域上混叠；其特征在于:所述分离方法的步骤如下: (1)对平面相控阵天线俯仰向上各个接收通道内所接收到的回波依次进行低噪声放大、下变频以及ADC采样处理，将原始回波对应的高频模拟信号变为低频数字信号； (2)利用所述H极化脉冲与V极化脉冲的实时波达矢量V1与V2分别对步骤(1)所获得的低频数字信号进行加权处理，其中俯仰向第k个接收通道的低频数字信号分别被V1与V2的第k个元素wlk与w2k加权，k为正整数,且k e , Ne为接收通道的个数； (3)将俯仰向各个接收通道中两路经不同权值V1与V2加权的信号进行相应的FIR滤波处理； (4)各个接收通道输出的经过加权矢量V1以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成一路信号；各个接收通道输出的经过加权矢量V2以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成另一路信号； (5)通过第一组加权矢量对步骤(4)得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第一个发射的H极化脉冲的回波信号； (6)通过第二组加权矢量对步骤(4)得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第二个发射的V极化脉冲的回波信号。2.根据权利要求1所述的一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，其特征在于:所述步骤(2)中的两个依次发射的所述H极化脉冲与V极化脉冲的波达矢量V1与V2是时变的，其表达式分别为Vl -[l W11…Wlk…wINiJ与=P W21…W2k…W2Ne ;波达矢量中的第k个元素可表示为 3.根据权利要求1所述的一种宽幅全极化星载SAR的几何本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽幅全极化星载SAR的极化回波分离方法，所述极化回波为一个脉冲重复间隔内依次发射的H极化脉冲与V极化脉冲相应的回波，这两种回波在回波接收窗内从不同的视角位置同时返回至接收机，从而在时域上混叠；其特征在于：所述分离方法的步骤如下：（1）对平面相控阵天线俯仰向上各个接收通道内所接收到的回波依次进行低噪声放大、下变频以及ADC采样处理，将原始回波对应的高频模拟信号变为低频数字信号；（2）利用所述H极化脉冲与V极化脉冲的实时波达矢量v1与v2分别对步骤（1）所获得的低频数字信号进行加权处理，其中俯仰向第k个接收通道的低频数字信号分别被v1与v2的第k个元素w1k与w2k加权，k为正整数，且k∈[1,Ne],Ne为接收通道的个数；（3）将俯仰向各个接收通道中两路经不同权值v1与v2加权的信号进行相应的FIR滤波处理；（4）各个接收通道输出的经过加权矢量v1以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成一路信号；各个接收通道输出的经过加权矢量v2以及FIR滤波器处理的信号矢量进行累加合成输出，生成另一路信号；（5）通过第一组加权矢量对步骤（4）得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第一个发射的H极化脉冲的回波信号；（6）通过第二组加权矢量对步骤（4）得到的两路信号进行加权合成输出，得到在一个完整的脉冲发射期间第二个发射的V极化脉冲的回波信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯帆，党红杏，谭小敏，田栋轩，王万林，孙嘉，贺亚鹏，贺荣荣，杨娟娟，闫伟，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61