混叠回波分离

姓名：尉启 电子工程学院 22021110305

【嵌牛导读】为在星载单发多收SAR的基础上进一步提高系统的多方面性能并实现HRWS成像，提出了多种新颖的星载SAR成像模式和技术。其中，在一个PRI内传输多个子脉冲的成像模式可以有效提升SAR系统性能，该成像模式又被称为多维波形编码MIMO-SAR系统，最早于2007年被德国宇航局的学者们提出。其中，每个子脉冲均可以在时域、空域、频域等多种维度多种方面进行任意设定。然而对于某些多子脉冲的成像模式，系统所发射的不同子脉冲间具有相同的载波频率和相位调制，因此，同时行进在整个成像区域内的多个子脉冲的回波信号会在接收机处混合，造成多子脉冲成像模式的回波混叠，且这种混叠回波在时域和频域上都是难以分离的。具有多个子孔径的距离DBF可根据发射子脉冲时的不同视角，以高增益接收所需子脉冲的回波信号，以极低增益接收其他子脉冲的回波信号，从而实现混叠回波的分离。为了提高DBF处理器在回波分离方面的性能，应增加接收天线的高度。然而在星载SAR中，由于大脉冲持续时间导致的脉冲扩展将降低DBF处理器在回波分离时的性能，尤其是对于星载HRWS-SAR系统。

【嵌牛鼻子】 SAR HRWS DBF 混叠回波

【嵌牛提问】 如何实现混叠回波的分离？

【嵌牛正文】

在一个PRI内传输多个具有相同载波频率和波形的子脉冲信号可以提高SAR系统的多方面性能并获取HRWS图像，这些子脉冲信号可以分别沿距离向或方位向子波束依次发射，从而改善SAR系统的多方面性能。然而该模式在接收时易受子脉冲间的干扰造成回波混叠，导致距离模糊。图1给出了在一个PRI内传输两个具有相同载波频率和波形的子脉冲信号，这两个子脉冲以不同的时延依次发射并照射同一个宽测绘带。如图1所示，P和Q是测绘带内的两个点目标，其中点目标P的回波对应于子脉冲1的回波，点目标Q的回波对应于子脉冲2的回波。可以看到，对于场景中任意的单点目标而言，多子脉冲信号的回波在时域上是分离开的。然而，对于实际场景目标而言，来自于不同子脉冲的回波信号却会在接收机处混叠在一起，导致距离模糊。

混叠回波模型

幸运的是，这些混叠回波的子脉冲信号均来自于不同的地表区域，具有不同的距离向视角。因此，具有不同视角的多个子脉冲信号所对应的回波可以通过DBF以高增益接收所需子脉冲的回波信号，同时以低增益接收其他子脉冲的回波信号达到抑制的效果，实现混叠回波的分离。

尽管采用DBF技术可以使系统形成相应的多个窄扫描波束对多子脉冲回波进行接收，然而在多子脉冲模式中，同一时刻有多个子脉冲在整个测绘带内行进，仅采用DBF方法难以保证SAR系统以最大接收增益接收所需子脉冲的回波并抑制来自其他子脉冲的干扰回波，因此，其他子脉冲残余的干扰回波会与所需的子脉冲信号混叠，造成距离模糊。

为了解决上述难题，学者们提出了一种基于零陷的DBF处理方法。图2给出了用于实现混叠回波分离并抑制距离模糊的零陷DBF模型图，且该图仅给出了其中任意一个子脉冲的窄扫描接收波束示意图，可以看到其采用高增益笔形接收波束始终指向所需子脉冲的回波，确保时刻以最大增益接收相应子脉冲的回波，同时采用低增益甚至是零增益接收波束指向其他子脉冲的干扰回波，从而实现对其他干扰子脉冲回波的深度抑制。

混叠回波分离