多发射多接收干涉合成孔径雷达空时波形编码方法研究

MIMO-InSAR是目前InSAR领域的一个新兴研究课题。MIMO-InSAR能够将一个阵元数较少的InSAR观测阵列等效扩展为一个阵元数较多的大观测阵列，从而大幅提高其三维成像的性能。MIMO-InSAR工程实现中的关键技术之一是在每个接收阵元上将源自不同阵元发射信号的回波彼此分离。本项目拟研究MIMO-InSAR空时波形编码方法，通过在空域和时域两个维度上对MIMO-InSAR各观测阵元发射信号的能量进行分配和调度以避免其回波发生混叠，从而在这两个维度上完成回波分离。如此则不再要求各阵元发射彼此正交的信号，可以避免依靠发射正交信号实现回波分离所要面临的回波间相互干扰严重和缺乏大场景、高精度成像算法等问题。同时，通过空时多维波形编码对MIMO-InSAR空、时资源的分配和调度进行优化，以缓解方位维高分辨与距离维测绘带宽度之间的矛盾，在完成回波分离的同时实现宽域、高分辨三维成像。

MIMO InSAR能够将一个阵元数较少的InSAR观测阵列等效扩展为一个阵元数较多的大观测阵列，从而大幅提高其三维成像的性能。MIMO InSAR工程实现中的关键技术之一是将源自不同阵元发射信号的回波彼此分离。常规MIMO雷达各阵元发射彼此“正交”的信号，以此实现回波分离。然而现有“正交”信号间的正交性并不能满足SAR成像的要求。为此，本项目研究了MIMO InSAR空时波形编码方法，通过在空、时等多个维度上对各阵元发射信号进行编码以避免其回波发生混叠，从而实现高隔离度的回波分离。首先，本项目提出了MIMO InSAR时域波形编码方法，利用交替发射避免了各阵元发射信号发射信号的主瓣回波在时域发生混叠，能够保证高隔离度的回波分离。同时通过引入方位多通道波束扫描技术提高了观测条带宽度和方位分辨率。同时，本项目研究了基于STBC技术和OFDM技术的MIMO-InSAR脉间波形编码方法，相比分时交替发射模式，这些方法通过在脉间块编码的方式在各阵元同步发射的条件下保证了其发射信号在脉冲串意义上的可分离性，从而提高了对于时间资源的利用效率、有利于提高SAR图像的信噪比。其次，利用InSAR回波距离向波数谱偏移原理和方位向多普勒谱偏移原理，本项目分别提出了MIMO InSAR距离频域波形编码方法和方位空域波形编码方法，利用发射信号中心频率偏移和发射波束方位指向偏移，既可保证不同收－发组合间的回波相关性，也提供了不同收－发组合间的回波可分离性。针对星载分布式SAR系统垂直航向基线和沿航向基线相混合的空域分布特点，本项目提出了MIMO InSAR空时多维波形编码方法、空时多维回波分离方法和系统几何构型设计约束，从而能够适应星载分布式SAR复杂和时变的观测阵列。并且通过空时联合回波分离处理，能够避免系统等效脉冲重复频率下降，从而可在不引入复杂的方位多通道波束扫描技术的条件下实现宽域观测。通过上述方法，我们可以在不依赖发射信号正交性的条件下，有效地实现MIMO InSAR回波分离。另外，本项目提出了利用混沌序列调制信号以及多脉冲积累的方式提高MIMO雷达发射信号正交性的方法，能够从脉冲串的意义上提高MIMO雷达各发射信号的正交性。同时，利用MIMO雷达虚拟阵列的特殊结构，提出了一种低复杂度MIMO InSAR高程估计算法。本项目还将MIMO InSAR的思想应用于地－月双