信号编码技术通过对发射的雷达脉冲进行特定的时域、频域或相位调制，不仅解决了传统连续波雷达 “距离 - 多普勒模糊” 的固有难题，更在提升成像精度、增强系统抗干扰能力、拓展多模式观测功能等方面发挥着不可替代的作用。本文将系统拆解
机载SAR的主流信号编码技术，剖析其技术原理与核心作用，揭示编码技术如何支撑机载SAR实现高性能对地观测。
一、信号编码技术的核心定位：机载SAR系统的 “信号基因”
信号编码技术是指根据机载SAR的观测需求，对雷达发射的基带信号进行特定调制处理，使其具备预设的时域、频域或相位特征的技术手段。其核心价值在于通过编码赋予信号 “可识别、抗干扰、高分辨” 的基因，解决机载平台下雷达信号传输与回波解析的三大核心矛盾：
1. 分辨率与信号带宽的矛盾
根据雷达分辨率公式，距离分辨率与信号带宽成反比（分辨率 = 光速 /(2× 带宽)），要实现米级甚至亚米级分辨率，需大幅提升信号带宽。但宽频带信号易受噪声干扰，且对发射机功率要求更高。信号编码技术通过对窄脉冲进行相位或频率调制，可在有限发射功率下等效拓展信号带宽，实现高分辨率观测。
2. 观测效率与模糊度的矛盾
机载SAR需兼顾快速扫描与精准成像，但若脉冲重复频率（PRF）设置不当，易出现距离模糊（回波与发射脉冲重叠）或方位模糊（多普勒频谱混叠）。信号编码技术通过设计正交或准正交的编码序列，使不同脉冲的回波可被精准区分，在保证高 PRF 提升观测效率的同时，有效抑制模糊干扰。
3. 复杂环境与抗干扰的矛盾
机载平台飞行高度低、空域环境复杂，易受地面杂波、电子干扰信号影响。信号编码技术通过赋予信号独特的调制特征，如伪随机相位、非线性调频等，使雷达系统能从干扰背景中精准提取目标回波，提升复杂环境下的成像可靠性。
二、机载SAR主流信号编码技术及原理特性
根据调制维度的不同，机载SAR信号编码技术可分为脉冲编码、波形编码、相位编码三大类，各类技术针对不同应用场景优化设计，在分辨率、抗干扰性、实时性等方面形成差异化优势。
1. 脉冲编码技术：基础带宽拓展与能量控制
脉冲编码技术通过对单个雷达脉冲的幅度、宽度或重复模式进行调制，核心解决 “能量集中与带宽拓展” 的平衡问题，是机载SAR最基础的编码方式。
（1）线性调频（LFM）编码
LFM编码又称 chirp 编码，是目前机载SAR应用最广泛的脉冲编码技术，其核心原理是在脉冲持续时间内，使信号频率随时间线性变化（如从 f1 线性增加至 f2），从而在时域形成窄脉冲、频域形成宽频带的信号特征。
技术特性：
a. 带宽拓展能力强：通过 10-100μs 的脉冲持续时间，可实现数百 MHz 至数 GHz 的等效带宽，支撑 0.5-5m 的距离分辨率；
b. 能量集中度高：相比同等带宽的窄脉冲，LFM脉冲的峰值功率更低、平均功率更高，降低了对发射机的功率要求；
c. 实现成本低：调制与解调电路成熟，适合机载平台的小型化集成，如我国 “翼龙” 无人机载SAR普遍采用LFM编码。
局限性：存在距离旁瓣较高的问题，需通过加权处理抑制，会导致部分能量损失。
（2）阶梯调频（SFM）编码
SFM编码是LFM编码的改进形式，将线性调频段拆分为多个频率阶梯，每个阶梯内频率保持恒定，通过阶梯数量与频率间隔控制信号带宽。
技术特性：
a. 旁瓣抑制效果好：阶梯结构使频域能量更集中，距离旁瓣比LFM编码低 10-15dB，无需复杂加权处理；
b. 抗干扰性更强：阶梯频率的离散特性使信号不易被窄带干扰压制，适合战场等强干扰环境；
c. 灵活度高：可通过动态调整阶梯参数适配不同观测场景，如近距离观测减少阶梯数量、远距离观测增加阶梯数量。
2. 波形编码技术：多通道协同与干扰抑制
波形编码技术通过设计相互正交的多组信号波形，实现多通道并行观测或干扰信号的空间隔离，核心解决 “多目标分辨与抗干扰” 问题，是新一代机载SAR的关键技术方向。
（1）正交频分复用（OFDM）编码
OFDM编码将宽频带信号分解为多个正交的窄带子载波，每个子载波采用独立的调制方式（如 QAM），通过子载波的叠加形成复合发射波形。
技术特性：
a. 频谱利用率高：子载波正交叠加使频谱资源利用率提升 30% 以上，适合带宽受限的机载平台；
b. 抗多径干扰强：窄带子载波对地面杂波等多径干扰的容忍度更高，在城市建筑群观测中成像质量优于LFM编码；
c. 多通道适配性好：可通过子载波分配实现多通道并行发射，支撑机载SAR的三维成像与动目标检测，如德国F-SAR系统采用OFDM编码实现多基线干涉测量。
局限性：存在峰均比（PAPR）较高的问题，对发射机线性度要求严格。
（2）混沌波形编码
混沌波形编码基于混沌理论生成非周期、类随机的发射波形，其核心优势在于波形的唯一性与不可预测性。
技术特性：
a. 抗截获能力强：混沌波形的类随机特性使敌方难以截获和解调信号，适合军事侦察型机载SAR；
b. 干扰抑制效果优：对压制式干扰的抑制比可达 25dB 以上，远超传统LFM编码；
c. 多目标分辨力高：不同混沌序列的正交性好，可实现多目标的同时探测与分辨，如美国 “全球鹰” 无人机载SAR的改进型采用混沌编码提升战场目标识别能力。
3. 相位编码技术：高分辨与低旁瓣优化
相位编码技术通过对脉冲序列的相位进行特定调制（如 0/π 相位切换），在不增加信号带宽的前提下提升距离分辨率与旁瓣抑制能力，核心解决 “高分辨与低能量损失” 的矛盾。
（1）二进制相位编码（BPC）
BPC编码是最简单的相位编码方式，通过伪随机序列（如 m 序列、Gold序列）控制脉冲的相位在 0 和 π 之间切换，形成相位调制的脉冲串。
技术特性：
a. 分辨率提升显著：通过 N 个脉冲的相位编码，可实现等效于单个窄脉冲的分辨率，分辨率提升 N 倍；
b. 旁瓣抑制能力强：采用合适的伪随机序列（如长度为 127 的 m 序列），可使距离旁瓣抑制比达到 - 30dB 以下；
c. 实现简单：相位调制电路复杂度低，适合小型化机载SAR，如我国 “彩虹 - 4” 无人机载轻型SAR采用BPC编码。
局限性：多普勒敏感性高，当目标存在径向速度时易出现分辨率下降，需配合多普勒补偿技术使用。
（2）多相编码（MPC）
MPC编码将相位调制扩展到多个状态（如 0、π/2、π、3π/2），通过更复杂的相位序列实现更优的信号特性，典型代表为Costas编码与Frank编码。
技术特性：
a. 多普勒鲁棒性强：相比BPC编码，多相调制使信号对目标径向速度的敏感度降低 60% 以上，适合动目标观测；
b. 频谱特性更优：频域能量分布更均匀，对邻道干扰的容忍度更高；
c. 灵活性高：可通过调整相位状态数量与序列长度适配不同分辨率需求，如美国 “捕食者” 无人机载SAR采用Costas编码实现动目标与静态场景的同步成像。
三、信号编码技术在机载SAR中的核心作用
信号编码技术并非孤立的调制手段，而是深度融入机载SAR的 “发射 - 接收 - 成像” 全流程，在提升成像性能、增强环境适应能力、拓展观测功能等方面发挥着不可替代的核心作用。
1. 突破分辨率瓶颈，支撑高精度成像
分辨率是机载SAR的核心性能指标，信号编码技术通过 “等效带宽拓展” 与 “相位优化” 双重路径，实现分辨率的数量级提升。
（1）距离分辨率提升
LFM编码通过线性调频将脉冲带宽从传统连续波的数十 MHz 拓展至数 GHz，使距离分辨率从数十米提升至 0.5m 以内。例如，我国某型机载SAR采用 1.5GHz 带宽的LFM编码，实现了 1m 的距离分辨率，成功用于城市建筑物精细测绘。相位编码技术则通过脉冲串的相位调制，在相同带宽下进一步提升分辨率：长度为 63 的 m 序列BPC编码，可使距离分辨率提升 63 倍，在带宽受限的小型机载SAR中优势显著。
（2）方位分辨率优化
方位分辨率取决于合成孔径长度与信号的多普勒特性，波形编码技术通过正交波形的多通道协同，可有效抑制方位模糊，提升方位分辨率。例如，OFDM编码通过多子载波的多普勒分集处理，使方位分辨率在同等飞行速度下提升 40%，德国F-SAR系统采用该技术实现了 0.8m×0.8m 的全极化高分辨率成像。
2. 增强抗干扰能力，适应复杂观测环境
机载SAR面临地面杂波、电子干扰、多径效应等多重干扰，信号编码技术通过赋予信号独特的调制特征，构建起 “干扰识别 - 抑制 - 提取” 的防护体系。
（1）杂波抑制
地面杂波（如植被、建筑物反射）是机载SAR成像的主要干扰源，混沌波形编码与SFM编码通过信号的类随机特性与阶梯频率结构，可有效区分目标回波与杂波信号。实测数据显示，采用混沌编码的机载SAR对植被杂波的抑制比可达 30dB 以上，在森林地区的目标探测率提升至 95% 以上，远超传统LFM编码的 70%。
（2）电子干扰对抗
在军事侦察场景中，机载SAR易遭受压制式干扰与欺骗式干扰。多相编码技术通过复杂的相位序列使干扰信号难以匹配，对压制式干扰的抑制比可达 25dB；正交波形编码则通过多通道信号的空间隔离，可有效识别欺骗式干扰的虚假目标，美国 “全球鹰” SAR系统采用该技术在强电子干扰环境下仍能保持 90% 的目标识别准确率。
3. 拓展观测功能，实现多模式对地观测
现代机载SAR需兼顾静态测绘、动目标检测、三维成像等多模式任务，信号编码技术通过灵活的调制策略，使单一SAR系统具备多任务适配能力。
（1）动目标检测（MTD）
传统SAR对动目标成像易出现虚影，多相编码技术通过多普勒鲁棒性设计，可精准提取动目标的径向速度信息，实现动目标与静态场景的分离成像。例如，采用Costas编码的某型机载SAR，可检测出速度低至 0.5m/s 的地面车辆，在边境巡逻任务中成功实现可疑车辆的实时跟踪。
（2）三维成像与干涉测量
OFDM编码通过多子载波的相位差获取目标高程信息，配合多基线干涉技术可实现高精度三维成像。德国F-SAR系统采用OFDM编码，在阿尔卑斯山区的三维测绘中实现了 0.3m 的高程精度，远超传统LFM编码的 1m 精度。相位编码技术则通过脉冲串的相位相干性，提升干涉测量的相位稳定性，我国某型干涉SAR采用BPC编码，成功获取了汶川地震后的地表形变数据，形变测量精度达厘米级。
（3）多目标并行观测
正交波形编码通过设计相互正交的多组信号，使SAR系统可同时发射多组波形并接收回波，实现多目标的并行探测。例如，基于Gold序列的二进制相位编码，可实现 8 个目标的同时分辨，在战场侦察中大幅提升观测效率，单次飞行可完成传统SAR 3 次飞行的目标探测任务。
4. 优化系统性能，降低工程实现难度
机载平台对SAR系统的体积、重量、功耗（SWaP）有严格限制，信号编码技术可通过优化信号特性，降低对硬件的要求，实现系统的小型化与低成本。
（1）降低发射机功率需求
LFM编码通过提升平均功率而非峰值功率实现高分辨率，使发射机峰值功率降低 50% 以上，如小型机载SAR采用LFM编码后，发射机功率从 200W 降至 80W，重量减轻 30%，适配无人机等轻型平台。
（2）简化信号处理复杂度
BPC编码的解调电路采用简单的相关器即可实现，相比OFDM编码的 FFT 解调，电路复杂度降低 60%，适合低成本机载SAR系统。阶梯调频编码则通过离散频率阶梯设计，减少了信号处理中的加权运算，使成像处理速度提升 40%，满足实时成像需求。
四、技术演进趋势与应用挑战
随着机载SAR向 “超高分辨率、全场景适应、多任务融合” 方向发展，信号编码技术正呈现出新的演进趋势，同时也面临着新的应用挑战。
1. 主要演进趋势
（1）智能编码技术
结合 AI 算法实现编码序列的动态自适应调整，根据观测场景（如城市、山区、海洋）与干扰环境实时优化编码参数。例如，基于强化学习的混沌编码技术，可使信号的抗干扰比实时提升 10-15dB，已在美军新一代机载SAR中开展测试。
（2）多维度联合编码
融合时域、频域、相位、极化等多维度调制，形成 “全维度编码” 技术。例如，极化 - 相位联合编码通过不同极化通道的相位协同，可实现目标极化特征与空间特征的同步提取，提升目标识别准确率至 98% 以上。
（3）超宽带编码技术
面向亚米级甚至厘米级分辨率需求，发展超宽带（UWB）信号编码技术，通过数 GHz 至数十 GHz 的带宽拓展，实现 0.1m 以下的距离分辨率。目前，美国DARPA正在研发基于UWB-LFM编码的机载SAR，目标分辨率达 0.05m。
2. 核心应用挑战
（1）多普勒敏感性与运动补偿的平衡
高分辨率编码信号（如BPC）对机载平台的运动误差更敏感，需配合高精度惯性导航系统（INS）与运动补偿算法，否则易出现成像模糊。如何在简化补偿算法的同时保证编码信号性能，是小型机载SAR的主要挑战。
（2）复杂编码的实时处理压力
智能编码与多维度联合编码的信号处理复杂度大幅提升，对机载处理器的算力要求从传统的百GFLOPS级提升至TFLOPS级。如何通过算法轻量化与硬件加速（如 FPGA、GPU）实现实时处理，是工程化应用的关键难题。
（3）多平台适配性不足
不同机载平台（有人机、大型无人机、小型无人机）的SWaP限制差异显著，现有编码技术难以兼顾 “高分辨率” 与 “小型化”，需开发模块化、可配置的编码方案，适配不同平台需求。
信号编码技术是
机载SAR系统的 “技术心脏”，其发展水平直接决定了SAR的成像精度、环境适应能力与功能拓展性。从基础的LFM编码到先进的智能编码，从单一维度调制到多维度联合编码，信号编码技术的演进始终围绕 “性能提升与工程适配” 的核心目标展开。在机载平台的特殊约束下，信号编码技术通过带宽拓展、抗干扰优化、多模式适配三大路径，成功支撑了机载SAR从 “单一测绘工具” 向 “多任务观测系统” 的转型。
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