具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于信号编码的干涉合成孔径雷达高度计和底视雷达高度计二合一系统及其方法，有效简化卫星系统硬件设计，降低卫星研制难度。

根据本发明提供的一种星载雷达高度计方法，包括：

步骤M1：设置编码信号脉冲序列为周期性发射序列，且编码信号脉冲序列中任意脉冲之间为正交关系；

步骤M2：在斑马图上设置脉冲重复频率，设置后的脉冲重复频率控制雷达工作时序使得天底回波和干涉侧高区域回波能够同时被雷达接收机接收，且天底回波和干涉侧高区域回波分别对应的雷达发射信号波形不同；

步骤M3：基于编码信号脉冲序列的设置以及脉冲重复频率在斑马图上的设置，获取时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波，且同一时刻获取的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波信号正交；

步骤M4：基于获取的时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波，通过正交信号处理分别提取底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波信号，实现底视高度计和侧视高度计测高功能。

具体地，所述步骤M1中设置编码信号脉冲序列包括设置信号编码形式和脉冲序列发射形式；

所述信号编码形式为正交编码脉冲序列，序列中任意两脉冲为时域正交关系；

所述脉冲序列发射形式为以脉冲序列的脉冲数为周期进行周期性重复发射。

具体地，所述步骤M2中设置脉冲重复频率包括：设置回波接收窗口设计约束和回波接收正交性设计约束；

所述回波接收窗口设计约束为雷达回波接收窗口能够同时接收完整的天底雷达回波和侧视雷达观测区域的回波信号；

所述回波接收正交性设计约束为天底雷达回波对应的发射信号与侧视观测区域雷达回波对应的发射信号不同。

具体地，所述步骤M4包括：

步骤M4.1：以底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数对时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波进行距离压缩追踪提取底视雷达高度计回波信号，通过追踪提取的底视雷达高度计回波信号对天底高程进行反演，实现底视高度计功能；

步骤M4.2：对以底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数对时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波进行距离压缩后的信号去除天底雷达回波信号，得到去除天底雷达回波信号后的雷达信号，将得到的去除天底雷达回波信号后的雷达信号利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为反匹配滤波函数对去除天底雷达回波信号后的雷达信号进行反匹配滤波处理，并以侧视高度计观测区域回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数进行距离压缩，然后进行方位压缩及干涉处理，实现干涉合成孔径雷达侧视高度计功能。

具体地，所述步骤M4.1中匹配滤波函数包括对各方位时刻接收的时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波分别利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数进行脉冲压缩；

所述追踪提取的底视雷达高度计回波信号包括根据卫星高度及预设高程信息计算天底回波所在回波距离单元，并在回波距离单元周围检测亮线实现底视回波信号的检测。

具体地，所述距离压缩后的信号去除天底雷达回波信号包括在距离压缩后的回波信号中将检测到的底视雷达高度计回波信号对应的距离单元及周围若干个距离单元内的回波信号置零；

所述反匹配滤波函数包括为对各方位时刻去除天底雷达回波信号后的雷达信号分别利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为反匹配函数进行脉冲解压缩，得到侧视雷达高度计回波信号；

所述以侧视高度计观测区域回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数进行距离压缩包括：各方位时刻侧视雷达高度计回波信号分别利用侧视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配函数进行脉冲压缩。

根据本发明提供的一种星载雷达高度计系统，包括：

模块M1：设置编码信号脉冲序列为周期性发射序列，且编码信号脉冲序列中任意脉冲之间为正交关系；

模块M2：在斑马图上设置脉冲重复频率，设置后的脉冲重复频率控制雷达工作时序使得天底回波和干涉侧高区域回波能够同时被雷达接收机接收，且天底回波和干涉侧高区域回波分别对应的雷达发射信号波形不同；

模块M3：基于编码信号脉冲序列的设置以及脉冲重复频率在斑马图上的设置，获取时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波，且同一时刻获取的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波信号正交；

模块M4：基于获取的时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波，通过正交信号处理分别提取底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波信号，实现底视高度计和侧视高度计测高功能。

具体地，所述模块M1中设置编码信号脉冲序列包括设置信号编码形式和脉冲序列发射形式；

所述信号编码形式为正交编码脉冲序列，序列中任意两脉冲为时域正交关系；

所述脉冲序列发射形式为以脉冲序列的脉冲数为周期进行周期性重复发射。

具体地，所述模块M2中设置脉冲重复频率包括：设置回波接收窗口设计约束和回波接收正交性设计约束；

所述回波接收窗口设计约束为雷达回波接收窗口能够同时接收完整的天底雷达回波和侧视雷达观测区域的回波信号；

所述回波接收正交性设计约束为天底雷达回波对应的发射信号与侧视观测区域雷达回波对应的发射信号不同。

具体地，所述模块M4包括：

模块M4.1：以底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数对时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波进行距离压缩追踪提取底视雷达高度计回波信号，通过追踪提取的底视雷达高度计回波信号对天底高程进行反演，实现底视高度计功能；

模块M4.2：对以底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数对时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波进行距离压缩后的信号去除天底雷达回波信号，得到去除天底雷达回波信号后的雷达信号，将得到的去除天底雷达回波信号后的雷达信号利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为反匹配滤波函数对去除天底雷达回波信号后的雷达信号进行反匹配滤波处理，并以侧视高度计观测区域回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数进行距离压缩，然后进行方位压缩及干涉处理，实现干涉合成孔径雷达侧视高度计功能。

具体地，所述模块M4.1中匹配滤波函数包括对各方位时刻接收的时间混叠在一起的底视雷达高度计回波和侧视雷达高度计回波分别利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配滤波函数进行脉冲压缩；

所述追踪提取的底视雷达高度计回波信号包括根据卫星高度及预设高程信息计算天底回波所在回波距离单元，并在回波距离单元周围检测亮线实现底视回波信号的检测。

具体地，所述距离压缩后的信号去除天底雷达回波信号包括在距离压缩后的回波信号中将检测到的底视雷达高度计回波信号对应的距离单元及周围若干个距离单元内的回波信号置零；

所述反匹配滤波函数包括为对各方位时刻去除天底雷达回波信号后的雷达信号分别利用底视雷达高度计回波对应的发射信号作为反匹配函数进行脉冲解压缩，得到侧视雷达高度计回波信号；

所述以侧视高度计观测区域回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数进行距离压缩包括：各方位时刻侧视雷达高度计回波信号分别利用侧视雷达高度计回波对应的发射信号作为匹配函数进行脉冲压缩。

实施例2

实施例2是实施例1的变化例

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照附图1，对本发明的理论分析基础简介如下：

一种基于信号编码的干涉合成孔径雷达高度计和底视雷达高度计二合一系统及其方法，其特征是它包括雷达正交编码信号序列设计，脉冲重复频率设计，底视高度计信号提取及处理和干涉雷达高度计信号提取及处理。其中：

1)雷达编码信号序列设计

编码信号脉冲序列为周期性发射，脉冲信号序列中任意脉冲之间为正交关系，其数学模型如下所示；

s_k(t_r)＝s_k+N(t_r)

式中，s_k(t_r)为方位第k个发射脉冲，t_r为距离向时间，N为脉冲序列长度(重复周期)，T_p为脉冲宽度。典型的信号形式有信号。

2)脉冲重复频率设计

在斑马图上采用天底回波和干涉测高区域回波同时被接收但两者分别对应的雷达发射信号波形不同的脉冲重复频率(PRF)，其数学模型如下：

式中，PRF为脉冲重复周期，R_near和R_far为观测区域在一个合成孔径时间内的最短斜距和最长斜距，c为光速，T_proc为保护时间，H为卫星轨道高度，为向下取整运算符，mod(·)为取余运算符。

3)底视高度计信号提取及处理

以天底回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数对接收到的回波信号进行距离压缩，通过追踪提取天底信号对天底高程进行反演，实现底视高度计功能；

雷达接收的回波信号可表示为

s(t_a,t_r)＝s_nadir(t_a,t_r)+s_obs(t_a,t_r)

式中，s(t_a,t_r)为雷达回波，s_nadir(t_a,t_r)为天底雷达回波，s_obs(t_a,t_r)为观测区域回波，t_a为方位时间。假设雷达天底回波s(t_a,t_r)对应的发射信号为s_k(t_r)，利用该信号对s(t_a,t_r)进行脉冲压缩。

式中，s_nadir,comp(t_a,t_r)为星下点回波脉冲压缩后的信号，s'_obs,comp(t_a,t_r)为观测区域回波的压缩信号。

经脉冲压缩后，雷达天底回波将在图像中表现为亮线，而由于匹配滤波器不匹配，观测区域的信号仍为散焦状态，此时可以根据卫星高度及参考高程信息计算天底回波所在回波距离单元，并在该单元周围检测亮线实现底视回波信号的检测及提取。后续即可利用现有成熟的底视高度计处理方法实现星下点高程测量，完成底视高度计功能。

4)干涉合成孔径雷达侧视高度计信号提取及处理

从以天地回波信号对应的发射信号作为匹配函数进行距离压缩后的回波信号中去除天底雷达信回波信号，再利用天底回波信号对应的发射信号作为反匹配滤波函数对其进行反匹配滤波处理，并以观测区域回波信号对应的发射信号作为匹配滤波函数进行距离压缩，然后进行后续方位压缩及后续干涉干涉处理，实现干涉合成孔径雷达侧视高度计功能。

去除天底雷达回波的回波信号可表示为

s'_obs,comp(t_a,t_r)＝s_comp(t_a,t_r)-s_nadir,comp(t_a,t_r)

利用天底回波信号对应的发射信号作为反匹配滤波函数对其进行反匹配滤波处理，即可得到观测区域的回波信号。

s'_obs(t_a,t_r)＝s'_obs,comp(t_a,t_r)*s_k(t_r)

假设该时刻雷达观测区域回波对应的发射信号为s_j(t_r)，对其进行距离压缩后，即可利用成熟的合成孔径雷达成像及干涉合成孔径雷达处理技术获取观测区域高程信息，完成干涉合成孔径雷达侧视高度计功能。

这里利用仿真数据验证本发明的有效性。仿真参数如表1所示。

表1星载高度计系统仿真参数

假定编码信号采用如下短偏移正交波形：

式中，K_r为发射信号调频率，

采用本专利设计的脉冲重复频率(PRF)为4264Hz。由图2、图3和图4可见，本专利可同时实现底视高度计和侧视高度计功能，实现两者一体化设计。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。