CN109782284B - 一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉sar的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法，对雷达回波数据进行距离向解算处理，恢复分离对应不同发射通道的雷达回波数据，再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收的两种干涉SAR回波数据；对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。本发明实现了等效长干涉基线方案。

Description

一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，可以对地面目标进行高分辨率的探测，并且具有全天候、全天时的优势。干涉合成孔径雷达(InSAR)在具有全天候、全天时成像能力的同时，能够测量目标高程，获取区域数字高程地图，因此，InSAR广泛地应用在地形测绘、地表形变监测等领域，在光学测绘受限地区的测绘和应急测绘等应用领域，具有不可替代的作用。

干涉基线长度是影响干涉SAR高程精度的关键因素，安装在小型飞行平台的干涉SAR系统，其干涉基线长度受限于飞行平台的安装条件，为了提高高程精度，可以采用多个天线同时发射、同时对应接收的等效增加干涉基线长度的等效长干涉基线方案，然而，传统的干涉SAR系统实现方法，无法在保障信号干涉的前提下，区分出不同天线发射信号的回波信号，无法实现等效长干涉基线方案。

因此，为了使干涉SAR系统在小型飞行平台上实现更高的高程精度，在本领域存在以下需求：改变传统干涉SAR的系统体制，使之能够适用于实现等效长干涉基线方案。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法，利用连续脉冲编码，实现等效长干涉基线方案，并可以将传统的干涉SAR多通道接收系统合并为单通道接收实现。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，还提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法，包括以下步骤：

发射采用两个发射通道，包括A发射通道和B发射通道，两个发射通道同时发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；或发射采用一个发射机和两个发射天线，包括A发射天线和B发射天线，两个发射天线切换发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；

A接收天线和B接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；

两路接收信号中的一路进行移相编码，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；或两路接收信号分别进行移相编码，然后合路，形成一路接收信号；

形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；

对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；

再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收两种干涉SAR回波数据；

对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

在本发明的某些实施例中，所述两个发射通道同时发射具有不同脉冲编码的两种多脉冲组，在信号发射时，两种多脉冲组在时间上不重叠。

在本发明的某些实施例中，所述两路接收信号中的一路进行移相编码，是对一路接收信号按脉冲组的编码间隔，进行相位编码。

在本发明的某些实施例中，所述两路接收信号分别进行移相编码，是对两路接收信号按脉冲组的编码间隔，分别进行相位编码。

在本发明的某些实施例中，所述再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，将位于不同子空间对应不同接收通道的雷达信号单独分离出来，恢复得到代表不同接收通道的雷达回波数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统，包括：

激励信号模块，用于产生采用子带交错和时间交错进行编码的两种多脉冲组，分别输入到第一发射机和第二发射机。

第一发射机和第二发射机，用于放大两种多脉冲组，并分别通过两个环形器输出到A天线和B天线。

A天线，用于发射A天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号。

B天线，用于发射B天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号。

移相器，用于对通过环形器的A天线接收信号或B天线接收信号进行移相编码。

合路器，用于将一路移相编码后的接收信号和另一路接收信号合成一路信号。

接收机，用于接收合路后的接收信号。

数据采集模块，用于对接收机输出的信号进行数字化。

成像处理和干涉处理模块，用于对雷达回波数据进行信号恢复处理、成像处理和干涉处理；信号恢复处理包括对雷达回波数据进行距离向解算处理，恢复分离对应不同发射通道的雷达回波数据，再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收的两种干涉SAR回波数据；对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

在本发明的某些实施例中，采用两个移相器代替一个移相器，分别为第一移相器和第二移相器，第一移相器对A天线接收信号进行移相编码，第二移相器对B天线接收信号进行移相编码；

合路器将移相编码后的一路接收信号和另一路接收信号合成一路信号。

在本发明的某些实施例中，采用一个发射机和一个切换开关代替两个发射机，由于A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组在时间上是错开的，通过切换开关在时间上控制激励信号模块、发射机输出的子脉冲分别发送到A天线和B天线，实现两种多脉冲组分别在两个天线发射。

从上述技术方案可以看出，本发明基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)能够在信号同步接收的前提下，区分出不同天线发射信号的回波信号，实现等效长干涉基线方案；

(2)只需要单接收通道，降低了设计难度，简化了系统实现；

(3)消除了多通道系统接收通道不一致问题。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1是传统干涉SAR成像几何关系示意图。

图2是传统干涉SAR系统结构示意图。

图3是本发明第一实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的结构示意图。

图4是本发明第一实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的工作原理示意图。

图5是本发明第一实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的发射编码示意图。

图6是本发明第一实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的接收编码示意图。

图7是本发明第二实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的结构示意图。

图8是本发明第三实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的结构示意图。

图9是本发明第四实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的结构示意图。

具体实施方式

在对本发明进行详细说明之前，先介绍一下传统干涉SAR的成像原理及系统结构。

如图1所示，A和B分别表示干涉SAR天线的位置，H表示干涉SAR的高度，P表示地面一目标点，P到天线A的斜距用R₁表示，P到天线B的斜距用R₂表示，h表示被测目标点P的地形高度。天线A和天线B之间的长度为干涉基线长度，在成像视角、干涉基线倾角和相对高度确定的情况下，干涉基线长度是影响高程精度最为重要的因素。

传统干涉SAR在工作时，采用单天线发射，多天线接收。等效长干涉基线方案采用多天线发射，多天线对应接收，这种方案的干涉基线长度为传统干涉SAR方案的干涉基线长度的两倍。

如图2所示，传统干涉SAR的系统包括1个发射机；2部收发天线，分别为A收发天线和B收发天线；2个接收机；2个数据采集模块；发射通道的激励信号模块和成像处理模块，激励信号模块和成像处理模块为共用部分。可以看出，传统干涉SAR的接收通道基本可以看做是由两部SAR的接收通道组成，系统结构比较复杂，不利于实现轻小型化。

以下将对本发明进行详细说明，为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

第一实施例：

在本实施例中，提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统。如图3所示，本发明基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统包括：激励信号模块、发射机一、发射机二、A天线、B天线、接收机、移相器、合路器、数据采集模块、成像处理和干涉处理模块。

激励信号模块用于产生采用子带交错和时间交错进行编码的两种多脉冲组，分别输入到发射机一和发射机二。

发射机一和发射机二用于放大两种多脉冲组，并分别通过两个环形器输出到A天线和B天线。

A天线用于发射A天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号。

B天线用于发射B天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号。

移相器用于对通过环形器的B天线接收信号进行移相编码。需要说明的是，移相器也可以对通过环形器的A天线接收信号进行移相编码。

合路器用于将一路移相编码后的接收信号和另一路接收信号合成一路信号。

接收机用于接收合路后的接收信号。

数据采集模块用于对接收机输出的信号进行数字化。

成像处理和干涉处理模块用于对雷达回波数据进行信号恢复处理、成像处理和干涉处理；信号恢复处理包括对雷达回波数据进行距离向解算处理，恢复分离对应不同发射通道的雷达回波数据，再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收的两种干涉SAR回波数据；对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

需要说明的是，A发A收是指A天线发射A天线接收，B发B收是指B天线发射B天线接收。

如图4所示，图4为基于发射信号连续脉冲编码的工作方式，A天线与B天线交替发射连续脉冲的子脉冲发射信号，在发射子脉冲之间，A天线与B天线同时接收雷达回波信号，在A天线和B天线端，A天线同时接收A天线发射信号和B天线发射信号，B天线同时接收A天线发射信号和B天线发射信号。

在信号接收时，首先，对一个天线的接收信号进行移相编码，使两个天线的接收信号处于编码空间的两个不重叠的子空间；然后，合路进入一路接收机再进行数据采集，得到四个通道混合在一起的一路雷达回波数据；最后，通过解算处理和信号恢复处理，得到等效长干涉基线的两个通道雷达回波信号：A天线发射A天线接收的A发A收雷达回波信号、B天线发射B天线接收的B发B收雷达回波信号。再对这两个通道的回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

如图5所示，这种发射编码采用连续脉冲编码方式，即目标的完整回波分布在多个子脉冲的接收窗口，需要通过信号恢复才能恢复出完整的回波信号；激励信号模块采用时间交错进行多脉冲编码的两种多脉冲组，A天线发射编码子脉冲组成A天线发射编码脉冲组，B天线发射编码子脉冲组成B天线发射编码脉冲组；A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组的子脉冲在时间上是错开的，共用相同的接收窗口；A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组采用独立的连续脉冲编码。

如图6所示，干涉SAR接收时，对一个接收天线的接收信号进行相位编码时，从第1组连续脉冲编码组开始、以2组连续脉冲编码组结束为1个循环，并以此循环进行编码，方法如下：

对于第1组连续脉冲编码组，标记为Ma脉冲组；

对于第2组连续脉冲编码组，标记为Mb脉冲组；

设定Ma脉冲组的附加相位为0；

Mb脉冲组的附加相位为π；

在信号解算恢复时，对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行解算处理，将位于不同子空间对应不同接收通道的雷达信号单独分离出来，恢复得到代表不同接收通道的雷达回波数据。

本实施例在解算时，首先进行相位对齐处理，即，使不同编码脉冲组的接收信号的初始相位相同。这样，天线接收信号未编码的一路接收信号的恢复信号处于频谱中间，天线接收信号编码的一路接收信号的恢复信号处于频谱的两端，信号恢复前，编码脉冲组的接收信号在接收时原本混叠在一起，但通过对脉冲编码组信号的相位对齐处理，在方位向频域上变成是可分的，再经过滤波处理即可分开。

在本实施例中，还提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法，包括以下步骤：

发射采用两个发射通道，包括A发射通道和B发射通道，两个发射通道同时发射具有不同连续脉冲编码的两种多脉冲组；

A接收天线和B接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；

两路接收信号中的一路进行移相编码，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；

形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；

对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；

再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收两种干涉SAR回波数据；

对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

其中，两个发射通道同时发射具有不同脉冲编码的两种多脉冲组，在信号发射时，两种多脉冲组在时间上不重叠。

两路接收信号中的一路进行移相编码，是对一路接收信号按脉冲组的编码间隔，进行相位编码。

再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，将位于不同子空间对应不同接收通道的雷达信号单独分离出来，恢复得到代表不同接收通道的雷达回波数据。

第二实施例：

在本实施例中，提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统。如图7所示，与第一实施例的基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统相比，本实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的区别在于：本实施例包括两个移相器，分别为移相器一和移相器二，移相器一对A天线接收信号进行移相编码，移相器二对B天线接收信号进行移相编码。合路器将移相编码后的一路接收信号和另一路接收信号合成一路信号。

干涉SAR接收时，对于两个接收天线的接收信号进行相位编码，每个天线以第1组连续脉冲编码组和第2组连续脉冲编码组成编码循环：

对于第1组连续脉冲编码组，标记为Ma脉冲组；

对于第2组连续脉冲编码组，标记为Mb脉冲组；

Ma脉冲组的附加相位为0；

Mb脉冲组的附加相位为π。

两个接收天线的接收信号独立编码。在信号解算恢复时，对不同发射通道的两种雷达回波数据分别进行解算处理，将位于不同子空间对应不同接收通道的雷达信号单独分离出来，恢复得到代表不同接收通道的雷达回波数据。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

第三实施例：

在本实施例中，提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统。如图8所示，与第一实施例的基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统相比，本实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的区别在于：采用一个发射机和一个切换开关代替两个发射机，由于A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组在时间上是错开的，通过切换开关在时间上控制激励信号模块、发射机输出的子脉冲分别发送到A天线和B天线，就可以实现两种多脉冲组分别在两个天线发射。

为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

第四实施例：

在本实施例中，提供了一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统。如图9所示，与第二实施例的基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统相比，本实施例基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统的区别在于：采用一个发射机和一个切换开关代替两个发射机，由于A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组在时间上是错开的，通过切换开关在时间上控制激励信号模块、发射机输出的子脉冲分别发送到A天线和B天线，就可以实现两种多脉冲组分别在两个天线发射。

为了达到简要说明的目的，上述第二实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。

应当注意，为了使本发明的实施方式更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、或是已公开的、并且对于本发明的实施方式的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。例如，上面的描述省略了对发射脉冲的连续脉冲编码和解算的一般性描述。应该理解，根据本发明的实施例的实现方法仅仅是示意性的而不是限制性的。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法有了清楚的认识。利用本发明的多脉冲编码方法，实现干涉SAR的两个天线同时发射不同连续脉冲编码的发射信号，在接收时，对应天线的同时接收对应发射的信号，形成长干涉基线，并通过对不同接收天线的接收信号进行连续脉冲编码再合并为一个接收通道进行接收，在成像处理过程中，利用之前的发射编码和接收编码，解算分离出不同通道的雷达信号，实现干涉SAR成像处理。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

再者，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的方法，其特征在于，包括以下步骤：

发射采用两个发射通道，包括A发射通道和B发射通道，两个发射通道在同一时刻分别发射一种多脉冲组，两个发射通道发射的多脉冲组具有不同的连续脉冲编码；或发射采用一个发射机和两个发射天线，包括A发射天线和B发射天线，两个发射天线切换发射，每个所述发射天线发射一种多脉冲组，所述两个发射天线发射的多脉冲组具有不同的连续脉冲编码；

A接收天线和B接收天线在连续脉冲编码组的发射间隙同时接收雷达回波信号；

两路接收信号中的一路进行移相编码，然后与另一路接收信号合路，形成一路接收信号；或两路接收信号分别进行移相编码，然后合路，形成一路接收信号；

形成的一路接收信号进入单通道接收机，经数模变化形成雷达回波数据；

对回波数据进行距离向解算处理，恢复得到分离的对应不同发射通道的两种雷达回波数据；

再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收两种干涉SAR回波数据；

对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个发射通道在同一时刻分别发射一种多脉冲组，两个发射通道发射的多脉冲组具有不同的连续脉冲编码，在信号发射时，两种多脉冲组在时间上不重叠。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两路接收信号中的一路进行移相编码，是对一路接收信号按脉冲组的编码间隔，进行相位编码。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两路接收信号分别进行移相编码，是对两路接收信号按脉冲组的编码间隔，分别进行相位编码。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，将位于不同子空间对应不同接收通道的雷达信号单独分离出来，恢复得到代表不同接收通道的雷达回波数据。

6.一种基于脉冲编码实现长基线同步干涉SAR的系统，其特征在于，包括：

激励信号模块，用于产生采用子带交错和时间交错进行编码的两种多脉冲组，分别输入到第一发射机和第二发射机；

第一发射机和第二发射机，用于放大两种多脉冲组，并分别通过两个环形器输出到A天线和B天线；

A天线，用于发射A天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号；

B天线，用于发射B天线编码信号，接收A天线发射信号产生的回波信号和B天线发射信号产生的回波信号；

移相器，用于对通过环形器的A天线接收信号或B天线接收信号进行移相编码；

合路器，用于将一路移相编码后的接收信号和另一路接收信号合成一路信号；

接收机，用于接收合路后的接收信号；

数据采集模块，用于对接收机输出的信号进行数字化；

成像处理和干涉处理模块，用于对雷达回波数据进行信号恢复处理、成像处理和干涉处理；信号恢复处理包括对雷达回波数据进行距离向解算处理，恢复分离对应不同发射通道的雷达回波数据，再对不同发射通道的雷达回波数据分别进行方位向解算处理，恢复分离对应不同接收通道的雷达回波数据，得到两种发射通道和接收通道组合的雷达回波数据，即A发A收、B发B收的两种干涉SAR回波数据；对干涉SAR回波数据进行SAR成像处理和干涉处理，得到InSAR高程图。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，采用两个移相器代替一个移相器，分别为第一移相器和第二移相器，第一移相器对A天线接收信号进行移相编码，第二移相器对B天线接收信号进行移相编码；

合路器将移相编码后的一路接收信号和另一路接收信号合成一路信号。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，采用一个发射机和一个切换开关代替两个发射机，由于A天线发射编码脉冲组和B天线发射编码脉冲组在时间上是错开的，通过切换开关在时间上控制激励信号模块、发射机输出的子脉冲分别发送到A天线和B天线，实现两种多脉冲组分别在两个天线发射。

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