專利名稱：一種機(jī)載干涉sar基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)信息獲取與處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)載干涉SAR基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法，特別適用于機(jī)載高分辨率干涉合成孔徑雷達(dá)。
背景技術(shù)：
多通道合成孔徑雷達(dá)是一種合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)的一種重要應(yīng)用方式，如星載干涉SAR、陣列天線分布式SAR系統(tǒng)。其測量數(shù)據(jù)相比傳統(tǒng)SAR包含了三維、速度等更豐富的目標(biāo)信息，在海洋學(xué)、冰川學(xué)、農(nóng)林、地形測繪以及軍事目標(biāo)偵探方面有著廣泛的用途。多通道合成孔徑雷達(dá)為了獲取更分析的信息，需要布置2個(gè)甚至多個(gè)接收通道，通道之間距離在數(shù)米至數(shù)十米，在構(gòu)型、物理結(jié)構(gòu)、電氣組成上也存在著差異；導(dǎo)致通道間傳輸相位存在差異，且隨著環(huán)境、系統(tǒng)參數(shù)等的變化，通道間的差異還存在時(shí)變性；這一誤差會(huì)將導(dǎo)致SAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真，并影響系統(tǒng)在三維、速度等指標(biāo)方面的測量精度，必須對多通道合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中的通道間相位誤差進(jìn)行測量與補(bǔ)償。多通道SAR系統(tǒng)，特別是大尺度分布的多通道SAR系統(tǒng)(如物理基線長達(dá)數(shù)十米的星載干涉SAR系統(tǒng))，通道間相位誤差測量與補(bǔ)償一直是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用的難題之一。目前常用的方法有基于外定標(biāo)測量與補(bǔ)償、首尾定標(biāo)方法、基于點(diǎn)頻定標(biāo)信號(hào)等。基于外定標(biāo)測量與補(bǔ)償方法通過在地面定標(biāo)場布設(shè)定標(biāo)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)誤差的測量與標(biāo)定；該方法需要選擇合適的場地并布設(shè)大量定標(biāo)設(shè)備，難以大面積使用；只適用于通道間固定誤差的測量與補(bǔ)償。首尾定標(biāo)方法在雷達(dá)工作之前以及之后分別進(jìn)行一次系統(tǒng)內(nèi)定標(biāo)，通過內(nèi)定標(biāo)設(shè)備測量與標(biāo)定系統(tǒng)誤差；由于是在雷達(dá)工作前后對系統(tǒng)誤差進(jìn)行測量，因而只能測量通道間線性時(shí)變誤差并補(bǔ)償?；邳c(diǎn)頻定標(biāo)信號(hào)的同步定標(biāo)方法通過在雷達(dá)接收通道中輸入連續(xù)波信號(hào)作為內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，可連續(xù)測量通道間時(shí)變相位誤差，但在回波信號(hào)中增加了點(diǎn)頻信號(hào)，只能在頻域進(jìn)行抑制，破壞了雷達(dá)回波信號(hào)的頻譜完整性，將影響干涉測量精度等指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種機(jī)載干涉SAR基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法，以實(shí)現(xiàn)多通道雷達(dá)系統(tǒng)中多個(gè)接收通道間相位誤差的測量與補(bǔ)償，能夠提高誤差測量與補(bǔ)償?shù)木?，不需要特殊場地并布設(shè)大量定標(biāo)設(shè)備，而且可以在任意時(shí)刻進(jìn)行誤差測量與補(bǔ)償。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種機(jī)載干涉SAR基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法，包括:步驟a)，采用定標(biāo)信號(hào)源產(chǎn)生相位調(diào)制的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)；通過分路器將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)分為N路，每一路對應(yīng)雷達(dá)的一個(gè)接收通道，內(nèi)定標(biāo)信號(hào)經(jīng)合路器與天線接收的雷達(dá)回波信號(hào)合為一路，通過對內(nèi)定標(biāo)信號(hào)起始時(shí)刻的控制，使得同一路的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入至相應(yīng)接收通道； 步驟b )，采用匹配濾波器從每一路接收通道雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，從而將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波在圖像域分離開；計(jì)算內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位隨時(shí)間的變化歷程，作為接收通道相位隨時(shí)間的變化歷程；步驟C)，根據(jù)多個(gè)通道的相位變化歷程計(jì)算通道間相位誤差，使用通道間相位誤差對雷達(dá)回波傳輸相位進(jìn)行補(bǔ)償，完成傳輸誤差的校正。優(yōu)選地，所述步驟a)產(chǎn)生內(nèi)定標(biāo)信號(hào)后，進(jìn)一步通過增益控制對輸出的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率進(jìn)行控制，使輸入到接收通道的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率與雷達(dá)回波信號(hào)功率滿足如下關(guān)系:Pcal ≤ 0.0lPradar其中Peal為內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率，Pradar為雷達(dá)回波信號(hào)功率。有益效果:(I)考慮到如果采集雷達(dá)回波信號(hào)后再采集內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，即二者非同步，則兩種信號(hào)經(jīng)歷的通道狀態(tài)可能改變，因此定標(biāo)精度將會(huì)受到影響。本發(fā)明采用同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的方式，將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波信號(hào)同時(shí)采樣與量化，既使內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波具有相同的相位歷程，提高了定標(biāo)測量的精度。而且，兩信號(hào)采集時(shí)間同步，并非先后采集并將采集持續(xù)一段時(shí)間，又可有效降低數(shù)據(jù)量。(2)本發(fā)明采用相位編碼的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，例如線性調(diào)頻信號(hào)、偽隨機(jī)序列等，這種信號(hào)經(jīng)匹配濾波處理后，可在圖像域?qū)⒍?biāo)信號(hào)與雷達(dá)觀測區(qū)域的雷達(dá)數(shù)據(jù)分離開，可解決基于點(diǎn)頻定標(biāo)信號(hào)的同步定標(biāo)方法中的問題，避免定標(biāo)信號(hào)對系統(tǒng)性能的影響。(3)通過內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的功率控制使其不會(huì)影響到接收通道的工作性能。(4)本發(fā)明不需要特殊場地并布設(shè)大量定標(biāo)設(shè)備，可以大面積使用。而且，本發(fā)明在使用上不受時(shí)間限制，在雷達(dá)工作過程中可同時(shí)開展定標(biāo).能夠連續(xù)標(biāo)定雷達(dá)系統(tǒng)誤差的變化并不長.可有效降低對外定標(biāo)的需求。通過以上幾個(gè)方面，有效提高了通道間誤差測量與補(bǔ)償?shù)木?、降低了定?biāo)信號(hào)對雷達(dá)性能的影響。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用于多通道合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)的原理框圖；圖2是本發(fā)明定標(biāo)信號(hào)源組成框圖；圖3是步驟b)從每一路接收通道雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)并計(jì)算相位時(shí)變歷程的數(shù)據(jù)處理流程圖；圖4是步驟c)通道間誤差測量與補(bǔ)償處理流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想是，在雷達(dá)接收回波信號(hào)的同時(shí)，向多接收通道同步輸入內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，使內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波信號(hào)在相同時(shí)間經(jīng)過相同的路徑，具有相同的誤差歷程，并采用相位調(diào)制內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的方式以提高內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位檢測精度。在數(shù)據(jù)處理階段從內(nèi)定標(biāo)信號(hào)中反演出通道間的相位誤差并進(jìn)行誤差校正。下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1給出了誤差測量與補(bǔ)償系統(tǒng)組成框圖，該方法包括如下步驟:步驟a)，采用定標(biāo)信號(hào)源產(chǎn)生相位調(diào)制的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)；通過分路器將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)分為N路，每一路對應(yīng)雷達(dá)的一個(gè)接收通道，內(nèi)定標(biāo)信號(hào)經(jīng)合路器與天線接收的雷達(dá)回波信號(hào)合為一路，通過對內(nèi)定標(biāo)信號(hào)起始時(shí)刻的控制，使得同一路的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入至相應(yīng)接收通道。其中，由于在后續(xù)步驟中，需要將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)從圖像域分離開，因此需要采用相位調(diào)制的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，例如線性調(diào)頻脈沖信號(hào)、偽隨機(jī)序列等。其中，線性調(diào)頻脈沖信號(hào)是雷達(dá)最常用的信號(hào)類型，本實(shí)施例以線性調(diào)頻脈沖信號(hào)為例進(jìn)行描述。則本步驟具體為:Al)定標(biāo)信號(hào)源線性調(diào)頻脈沖信號(hào)作為內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，其信號(hào)帶寬為B，與雷達(dá)工作帶寬相同，脈沖寬度為τ，與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度相同。Α2)通過自動(dòng)或 手動(dòng)增益控制對輸出的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率進(jìn)行控制，使輸入到接收通道的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率與雷達(dá)回波信號(hào)功率滿足如下關(guān)系:Pcal ^ 0.0lPradar其中Pm1為內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率，Pradar為雷達(dá)回波信號(hào)功率。該功率控制使得內(nèi)定標(biāo)信號(hào)不會(huì)影響到接收通道的工作性能。A3)通過光纖延遲線實(shí)現(xiàn)內(nèi)定標(biāo)信號(hào)起始時(shí)刻的控制，使輸入到接收通道的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入到接收通道；且通過光纖延遲線調(diào)節(jié)內(nèi)定標(biāo)信號(hào)到達(dá)接收通道的時(shí)刻Tm1滿足如下關(guān)系:Tnearecho ^ Tcal ^ Tfarecho其中Tnearato為雷達(dá)觀測區(qū)域最近目標(biāo)回波到達(dá)時(shí)間，Tfarecho為雷達(dá)觀測區(qū)域最遠(yuǎn)目標(biāo)回波到達(dá)時(shí)間。圖2給出了一種內(nèi)定標(biāo)信號(hào)源的組成示意圖。如圖2所示，其包括光線延遲模塊、增益調(diào)節(jié)模塊和增益控制模塊。光線延遲模塊包括光端發(fā)射機(jī)、光端接收機(jī)及其之間的光延遲線，光端發(fā)射機(jī)接收輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)可以來自對發(fā)射信號(hào)的耦合，光端接收機(jī)輸出起始時(shí)間控制后的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)。光端發(fā)射機(jī)與光端接收機(jī)之間設(shè)有多種長度的光延遲線，根據(jù)雷達(dá)實(shí)際作用距離選擇適合長度的光延遲線。作用距離與光延遲線選擇的對應(yīng)關(guān)系是預(yù)先確定的。增益調(diào)節(jié)模塊包括依次串聯(lián)的補(bǔ)償放大器、電調(diào)衰減器和數(shù)控衰減器(步進(jìn)大)，其中電調(diào)衰減器的調(diào)節(jié)步進(jìn)較小，數(shù)控衰減器的調(diào)節(jié)步進(jìn)較大。增益控制模塊根據(jù)來自外部的控制指令對電調(diào)衰減器和數(shù)控衰減器進(jìn)行衰減量的控制，從而達(dá)到對內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的功率控制，最后由數(shù)控衰減器輸出經(jīng)時(shí)間和功率控制后的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)。步驟b)，采用匹配濾波器從每一路接收通道雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，從而將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波在圖像域分離開；計(jì)算內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位隨時(shí)間的變化歷程，作為接收通道相位隨時(shí)間的變化歷程。圖3為本步驟的具體流程，參見圖3:第BI)步，對M個(gè)包含內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖累積，M由如下關(guān)系確定:
權(quán)利要求
1.一種機(jī)載干涉SAR基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法，其特征在于，包括: 步驟a)，采用定標(biāo)信號(hào)源產(chǎn)生相位調(diào)制的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)；通過分路器將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)分為N路，每一路對應(yīng)雷達(dá)的一個(gè)接收通道，內(nèi)定標(biāo)信號(hào)經(jīng)合路器與天線接收的雷達(dá)回波信號(hào)合為一路，通過對內(nèi)定標(biāo)信號(hào)起始時(shí)刻的控制，使得同一路的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入至相應(yīng)接收通道； 步驟b )，采用匹配濾波器從每一路接收通道雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，從而將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波在圖像域分離開；計(jì)算內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位隨時(shí)間的變化歷程，作為接收通道相位隨時(shí)間的變化歷程； 步驟C)，根據(jù)多個(gè)通道的相位變化歷程計(jì)算通道間相位誤差，使用通道間相位誤差對雷達(dá)回波傳輸相位進(jìn)行補(bǔ)償，完成傳輸誤差的校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)定標(biāo)信號(hào)為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，其信號(hào)帶寬為B，與雷達(dá)工作帶寬相同，脈沖寬度為τ，與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)脈沖寬度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步驟a)產(chǎn)生內(nèi)定標(biāo)信號(hào)后，進(jìn)一步通過增益控制對輸出的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率進(jìn)行控制，使輸入到接收通道的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率與雷達(dá)回波信號(hào)功率滿足如下關(guān)系: Pcal ≤ 0.0lPradar 其中Pcal為內(nèi)定標(biāo)信號(hào)功率，Pradar為雷達(dá)回波信號(hào)功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在步驟a)中，通過光纖延遲線使輸入到接收通道的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入到接收通道；且通過光纖延遲線調(diào)節(jié)內(nèi)定標(biāo)信號(hào)到達(dá)接收通道的時(shí)刻Tm1滿足如下關(guān)系:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)，針對每一接收通道的數(shù)據(jù)執(zhí)行如下子步驟: BI)對M個(gè)包含內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖累積，M由如下關(guān)系確定:Λ/>-^ 其中為給定的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量精度指標(biāo)，單位為弧度；P κ為雷達(dá)的俯仰方向分辨單元指標(biāo)，L為雷達(dá)觀測區(qū)域俯仰方向長度； Β2)采用匹配濾波器對包含內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波在圖像域分離開； Β3)對匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)，取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)對應(yīng)時(shí)刻位置累積峰值點(diǎn)的復(fù)數(shù)據(jù)Df，計(jì)算相位，該相位就是對應(yīng)時(shí)刻接收通道的相位； Β4)對所有數(shù)據(jù)執(zhí)行上述步驟BI)到Β3)即可獲得當(dāng)前接收通道的時(shí)變相位歷程。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述c)步，通道間相位誤差對雷達(dá)回波傳輸相位進(jìn)行補(bǔ)償，包括: 第Cl)步，選擇通道X為參考通道，第η個(gè)通道與通道X之間的時(shí)變相位誤差Δ%( )為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)載干涉SAR基于同步內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位測量補(bǔ)償方法，有效提高了通道間誤差測量與補(bǔ)償?shù)木?、降低了定?biāo)信號(hào)對雷達(dá)性能的影響。采用定標(biāo)信號(hào)源產(chǎn)生相位調(diào)制的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)；通過分路器將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)分為N路，內(nèi)定標(biāo)信號(hào)經(jīng)合路器與天線接收的雷達(dá)回波信號(hào)合為一路，通過對內(nèi)定標(biāo)信號(hào)起始時(shí)刻的控制，使得同一路的內(nèi)定標(biāo)信號(hào)和雷達(dá)回波信號(hào)同步輸入至相應(yīng)接收通道；采用匹配濾波器從每一路接收通道雷達(dá)數(shù)據(jù)中提取內(nèi)定標(biāo)信號(hào)，從而將內(nèi)定標(biāo)信號(hào)與雷達(dá)回波在圖像域分離開；根據(jù)內(nèi)定標(biāo)信號(hào)的相位變化計(jì)算接收通道相位隨時(shí)間的變化歷程；根據(jù)多個(gè)通道的相位變化歷程完成通道間相位誤差的測量和補(bǔ)償，完成傳輸誤差的校正。
文檔編號(hào)G01S7/40GK103176172SQ20131004895
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者丁赤飚, 周良將, 陳龍永, 梁興東 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所