编队卫星SAR的一种正交波形设计方法技术

本发明专利技术涉及编队卫星SAR的波形设计，提供了一种通过对线性调频(LFM)信号进行相位编码的正交波形设计方法。首先生成线性调频信号，将线性调频信号按等时间间隔进行N等分，形成N个子脉冲，根据编队卫星的个数M对每个子脉冲进行M次随机相位编码，建立模糊函数表达式，计算符合编队卫星合成孔径雷达多普勒失配容限值ξ，利用搜索比较法找出符合要求的临界N值，最后选择自相关和互相关的能量和函数作为代价函数，即遗传算法中的适应度函数，通过利用遗传算法对各子脉冲相位编码的码值进行搜索，最终找到优化后的正交波形。该波形具有较低的自相关旁瓣和互相关峰值，较低的带宽占有率和较小的多普勒失配，很好地抑制不同星载SAR之间的回波信号干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及编队卫星SAR的波形设计，提供了一种通过对线性调频(LFM)信号进行相位编码的正交波形设计方法，设计的波形具有较低的自相关旁瓣和互相关峰值，较低的带宽占有率和较小的多普勒失配，很好地抑制不同星载SAR之间的回波信号干扰。
技术介绍
编队卫星合成孔径雷达(SAR)是近年来提出的一种新概念雷达，各编队卫星通过装载自主控制和相对独立操作的雷达设备，并通过各编队卫星之间以及各子雷达之间的协同工作、队形控制等完成多种任务(如SAR、GMTI和hSAR)，是具有强大功能的天基雷达系统。编队卫星SAR利用多颗小卫星组成编队，其中每颗卫星都具有SAR功能，卫星间协同工作，利用多颗小卫星距离向和方位向频谱的差异，对频谱进行合成来同时获得高分辨率和大测绘带宽的SAR图像，提供全球范围内的高精度图像，对慢动目标进行检测和显示。这种合成孔径雷达系统在功能和性能上都超过多个SAR的简单组网。随着卫星数量的增加，编队卫星SAR可以提高分辨率和增加测绘带宽。然而，若为每个卫星SAR都分配一定的带宽，卫星数量越多，消耗的频谱资源越多，不利于频谱的有效利用，同时也限制了编队卫星SAR的发展。为了使编队卫星SAR的优势能够得以发挥，必须研究一种在尽可能节省带宽资源的情况下，提高编队卫星SAR分辨率的信号波形。在波形设计及优化方面，Hai Deng基于自相关和互相关函数的优化准则，利用模拟退火算法来优化正交多相编码波形和正交离散频率编码波形，但是这些方法设计的正交波形的多普勒失配严重。^iang Jianxin等人利用雷达波形与通信中的频分多址概念相结合来研究正交波形，并通过遗传算法对该波形进行了优化。《一种具有较低自相关性能的正交离散频率编码的设计方法》也已经申报专利。该专利基于地基雷达应用背景，利用DFCW_ LFM信号的自相关函数中零点与栅瓣的位置关系，确定信号参数关系，降低自相关峰值旁瓣，验证改进的遗传算法对波形设计的有效性。目前，编队卫星SAR的波形设计还处于概念和理论分析阶段，大多数研究都只限于局部理想情况下，且多是从正交的理论角度来设计和优化波形，这些波形要么给每个卫星分配一个带宽，要么采用相位编码方式。通过频分的方法实现正交波形，大大增加了系统对带宽的要求，而采用相位编码实现的正交波形会引起较大的多普勒失配。
技术实现思路
本专利技术提供一种应用于编队卫星SAR系统下的正交信号波形的设计方法，有效降低了正交波形的自相关旁瓣和互相关峰值，同时也减轻了信号的多普勒失配，有效提高了频谱利用率。本专利技术所述的编队卫星SAR的一种正交波形设计方法包括以下几个步骤第一步根据编队卫星雷达对发射信号带宽B和时宽T的要求，确定线性调频信号3的带宽4 <B、时宽K T和调频斜率A = |参数，并生成线性调频信号。如(1)式所示。权利要求1.编队卫星SAR的一种正交波形设计方法，其特征在于，包括以下步骤第一步根据(1)式产生编队卫星中每个卫星发射的线性调频信号；SL(0 = Jj ■ rect{^) ■ exp(y事2)(1)第二步将线性调频信号按等时间间隔进行N等分，形成N个子脉冲。根据编队卫星的个数M，对这N个子脉冲进行M次相位编码，得到M个不同的编码波形；_1 T'Nt-{n ——)Tc + —Smit) = lLamin)-rect -2——--expO^2)(2)n:lTc第三步根据模糊函数的定义，建立编码波形的模糊函数表达式。根据编队卫星合成孔径雷达对目标多普勒的测量要求(如ξ )，求出符合编队卫星合成孔径雷达多普勒失配容限值ξ。通过增大N或者减小N来搜索，得出满足编队卫星要求的临界N值，记*Nmax。Zm (r； fd) = [ Sm it) ■ S {t-τ)· ^V{j2nfdt)dt(3)(4)T 2第四步选择自相关和互相关的能量和函数作为代价函数。MM-I M2E = ^max|^(m,T)|2 + ^ max|C(^,^,r)|(5)m=\p=l(6)J-ooC(p, q, τ) = Sp (t)S； {t + x)dt(7)第五步将公式(5)的代价函数作为适应度函数，通过遗传算法对各相位编码的码值进行搜索，最终找到优化的正交波形。通过以上五个步骤，得出了编队卫星SAR系统下优化后的正交波形。2.根据权利要求1所述的编队卫星SAR的一种正交波形设计方法，其特征在于步骤三中为了得到子脉冲的个数Nmax，计算得出的编队卫星孔径雷达多普勒失配容限值ξ (以模糊函数的幅值下降3dB时的多普勒为多普勒失配容限值ξ)，将(3)代入(5)中，并利用搜索比较的方法计算出临界的Nmax值。3.根据权利要求1所述的编队卫星SAR的一种正交波形设计方法，其特征在于步骤四中为了得到最终的正交波形，利用选择自相关和互相关的能量和函数作为代价函数，并将该代价函数作为后续遗传算法中的适应度函数，通过利用遗传算法对各相位编码的码值进行搜索，优化相位编码后的波形，最终得出正交波形。全文摘要本专利技术涉及编队卫星SAR的波形设计，提供了一种通过对线性调频(LFM)信号进行相位编码的正交波形设计方法。首先生成线性调频信号，将线性调频信号按等时间间隔进行N等分，形成N个子脉冲，根据编队卫星的个数M对每个子脉冲进行M次随机相位编码，建立模糊函数表达式，计算符合编队卫星合成孔径雷达多普勒失配容限值ξ，利用搜索比较法找出符合要求的临界N值，最后选择自相关和互相关的能量和函数作为代价函数，即遗传算法中的适应度函数，通过利用遗传算法对各子脉冲相位编码的码值进行搜索，最终找到优化后的正交波形。该波形具有较低的自相关旁瓣和互相关峰值，较低的带宽占有率和较小的多普勒失配，很好地抑制不同星载SAR之间的回波信号干扰。文档编号G01S13/90GK102540187SQ20101058490公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日专利技术者宗竹林, 张磊, 朱立东, 胡剑浩, 辛凯 申请人:电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宗竹林，张磊，朱立东，胡剑浩，辛凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：