本發(fā)明涉及一種基于子空間正交原理的分布式陣列合成孔徑雷達(dá)相位中心定標(biāo)方法，屬于合成孔徑雷達(dá)信號處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，可用于分布式陣列合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的相位中心位置定標(biāo)。
背景技術(shù)：
：相位中心定標(biāo)是合成孔徑雷達(dá)(syntheticapertureradar，sar)數(shù)據(jù)處理中的一項關(guān)鍵技術(shù)。多通道系統(tǒng)中的各通道由于受安裝誤差、基線抖動、相位中心等效等因素影響而偏離理想位置，需要利用相位中心定標(biāo)技術(shù)在sar三維成像及分辨前對實際的相位中心位置進(jìn)行標(biāo)定，從而得到實際的相位中心位置，得到精確的三維重建結(jié)果。目前在sar領(lǐng)域，用于動目標(biāo)檢測的方位向多通道系統(tǒng)比較常見，相應(yīng)的其定標(biāo)研究也較多，例如利用多普勒模糊進(jìn)行方位向多通道的相位中心位置定標(biāo)。然而在陣列三維成像等應(yīng)用中需要的跨航向的多通道。在跨航向多通道的定標(biāo)研究中，研究最多的是雙通道干涉合成孔徑雷達(dá)(interferometrysyntheticapertureradar，insar)定標(biāo)，其主要有兩類方法。第一類方法是基于相位校正的干涉定標(biāo)，這一方法的基本思想是將所有參數(shù)偏差歸算到干涉相位誤差中，因此應(yīng)用起來較簡單，但由于將所有誤差歸算為相位誤差，因此不能具體了解相位中心位置的偏差及其他干涉參數(shù)偏差；第二類方法是基于敏感度方程的干涉定標(biāo)，該類方法可以估計各類干涉參數(shù)，比如基線長度、基線傾角及干涉相位偏差，通過簡單的換算可得到相位中心位置的估計，然而對于多通道相位中心位置定標(biāo)來說，該類方法一次只能定兩個通道的位置，效率低，更關(guān)鍵的是不同基線長度的定標(biāo)精度不一樣，導(dǎo)致各相位中心位置定標(biāo)的精度不一致。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于已有方法的局限性，本發(fā)明提出一種基于子空間正交原理的分布式陣列sar相位中心定標(biāo)方法。該方法的基本原理是：在多重信號分類(multiplesignalclassification，music)算法中求出的噪聲子空間與陣列流型正交，噪聲子空間可以利用陣列接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行求解，而陣列流型是由相位中心和波達(dá)方向(directionofarrival，doa)唯一確定的，因此可以利用噪聲子空間與陣列流型的正交性，以相位中心為未知量，構(gòu)建最小化代價函數(shù)對相位中心位置進(jìn)行定標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明提出的基于子空間正交原理的分布式陣列sar相位中心定標(biāo)方法，包括如下步驟：1)根據(jù)music算法原理求出雷達(dá)陣列輸出數(shù)據(jù)的噪聲子空間un；2)由機(jī)載定位定姿系統(tǒng)(positioningandorientationsystem，pos)測量儀測量值求出校正源doa；3)使用理想陣列參數(shù)計算陣列流型，結(jié)合噪聲子空間和doa估計值計算方位角度信息矩陣p,b；4)由矩陣p,b進(jìn)行最優(yōu)化計算，返回相位中心位置與理想位置的偏差δ的估計值，再通過將理想位置加上位置偏差δ即得到相位中心位置估計。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟1)的具體過程為：1a)對陣列收到的信號x求協(xié)方差矩陣rxx，其可由估計，其中l(wèi)表示快拍數(shù)，xl表示第l個信號，表示xl的共軛轉(zhuǎn)置。1b)對rxx進(jìn)行特征值分解，將較小的m個特征值對應(yīng)的特征向量組成矩陣un。其中m為信源個數(shù)。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟3)的具體過程為：3a)使用下式計算理想陣列參數(shù)下陣列流型：其中(xn0,yn0,zn0),n＝1,2,...n為各相位中心的理想三維坐標(biāo)，θi,φi分別為第i個信源的方位角和俯仰角，見圖2，λ表示雷達(dá)工作波長，[·]h表示共軛轉(zhuǎn)置，[·]t表示轉(zhuǎn)置。3b)構(gòu)造方位角度信息矩陣p,b：其中進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟4)的具體過程為：4a)構(gòu)造最小化函數(shù)得到相位中心位置偏差其中real(·)表示求實部操作；4b)計算相位中心位置估計值其中xyz0為相位中心位置向量的理想值。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的一種基于子空間正交原理的分布式陣列sar相位中心定標(biāo)方法，可以準(zhǔn)確的對分布式陣列sar系統(tǒng)相位中心進(jìn)行定標(biāo)，并且所有相位中心位置的標(biāo)定一次完成，不需要兩兩相互定標(biāo)，能夠顯著提高相位中心位置定標(biāo)的效率和精度，進(jìn)而提高三維重建精度及高程向超分辨性能。附圖說明圖1是本發(fā)明具體實施例的流程圖。圖2是一種分布式sar系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取示意圖。圖3是矩陣p的幅度表示圖。圖4是矩陣p的相位表示圖。圖5是矩陣b的幅度表示圖。圖6是矩陣b的相位表示圖。圖7是相位中心x坐標(biāo)的理想值與估計值對比圖。圖8是相位中心y坐標(biāo)的理想值與估計值對比圖。圖9是相位中心z坐標(biāo)的理想值與估計值對比圖。圖10是相位中心x坐標(biāo)的理想值與估計值偏差圖。圖11是相位中心y坐標(biāo)的理想值與估計值偏差圖。圖12是相位中心z坐標(biāo)的理想值與估計值偏差圖。具體實施例一個相位中心沿切航向分布，通道數(shù)目為16，信源數(shù)為4的sar數(shù)據(jù)獲取示意圖如圖2，平臺沿x方向飛行，左翼為切航向記為y，高程向z與x和y構(gòu)成右手坐標(biāo)系。為了驗證本發(fā)明提出的算法，給出了一組仿真結(jié)果，其參數(shù)見表1。表1仿真參數(shù)利用本發(fā)明提出的方法對該仿真系統(tǒng)進(jìn)行相位中心定標(biāo)實驗。其實施流程如圖1所示，其具體步驟為：步驟1：根據(jù)music算法原理求出雷達(dá)陣列輸出數(shù)據(jù)的噪聲子空間un；該步驟的具體過程為：1a)對陣列收到的信號x求協(xié)方差矩陣rxx，其可由估計，其中l(wèi)表示快拍數(shù)，xl表示第l個信號，表示xl的共軛轉(zhuǎn)置。本實例中l(wèi)＝3，求得協(xié)方差矩陣rxx(16×16的矩陣)為：序號123……14151613.9973+0.0000i0.0187-1.1731i-0.7408-1.3710i……1.2498+1.2178i-0.6833-1.6531i0.0699+0.2248i20.0187+1.1731i3.9066+0.0000i0.3840-1.1876i……1.2577-0.4313i1.3551+1.2436i-0.1578-1.8991i3-0.7408+1.3710i0.3840+1.1876i3.9616+0.0000i……1.0893+0.0816i1.2918-0.7244i1.0953+1.3633i40.6376+1.7695i-0.5775+1.3296i-0.0432+1.0660i……-0.8388+3.6819i1.2245+0.4998i1.3018-0.2146i…………………………………………131.0973+0.6106i1.0868-0.2348i-0.2374-3.9069i……0.2160-1.2245i-0.8823-1.5139i1.0851-1.5395i141.2498-1.2178i1.2577+0.4313i1.0893-0.0816i……3.8114+0.0000i0.3226-1.2778i-0.3269-1.4062i15-0.6833+1.6531i1.3551-1.2436i1.2918+0.7244i……0.3226+1.2778i4.0939+0.0000i0.2476-1.1275i160.0699-0.2248i-0.1578+1.8991i1.0953-1.3633i……-0.3269+1.4062i0.2476+1.1275i3.9331+0.0000i1b)對rxx進(jìn)行特征值分解，將較小的m個特征值對應(yīng)的特征向量組成矩陣un。其中m為信源個數(shù)。本實例中m＝4，求得的矩陣un(12×16的矩陣)為：序號123……10111210.1136-0.0405i-0.0397-0.0979i0.0253-0.4628i……0.1767+0.0606i-0.2086-0.1628i0.2027-0.0168i2-0.0385+0.2086i-0.0162+0.1971i-0.0173+0.0172i……0.0745-0.1485i0.1875+0.2089i-0.0120-0.0084i30.2062-0.1743i-0.1281+0.1481i-0.0572+0.0972i……-0.3627+0.1847i0.0428-0.2533i-0.1223-0.0452i40.0599+0.1042i-0.0462+0.3128i0.0262+0.2989i……0.1940-0.1071i0.3072+0.0238i0.0947+0.2748i…………………………………………13-0.2183+0.1086i-0.1418-0.2242i0.1032-0.1741i……-0.2358-0.3608i0.0693+0.0124i-0.1703+0.0447i140.0523+0.2016i-0.3184+0.0260i-0.0082+0.0536i……0.1631+0.0855i-0.0411+0.0138i0.0092+0.0083i150.0635+0.1524i-0.1455+0.0496i-0.1468+0.1036i……0.2636-0.0521i-0.1889-0.2447i-0.2957-0.2840i16-0.1500-0.0000i0.5266+0.0000i-0.2666+0.0000i……0.0596+0.0000i-0.1252+0.0000i-0.0994+0.0000i步驟2：由機(jī)載pos測量儀測量值求出校正源doa；θmeasure＝[-40-202545]，φmeasure＝[30603060]步驟3：使用理想陣列參數(shù)計算陣列流型，結(jié)合噪聲子空間和doa估計值計算方位角度信息矩陣p,b；該步驟的具體過程為：3a)使用下式計算理想陣列參數(shù)下陣列流型：其中(xn0,yn0,zn0),n＝1,2,...n為各相位中心的理想三維坐標(biāo)，θi,φi分別為第i個信源的方位角和俯仰角，λ表示雷達(dá)工作波長，[·]h表示共軛轉(zhuǎn)置，[·]t表示轉(zhuǎn)置。3b)構(gòu)造方位角度信息矩陣p,b：其中步驟3得出方位角度信息矩陣p,b分別是一個(n-m)m×1的向量和(n-m)m×(n-m)m的矩陣(本例中分別為48×1和48×48的矩陣)。將其以幅度和相位的形式表示如圖3、圖4、圖5、圖6。步驟4：由矩陣p,b進(jìn)行最優(yōu)化計算，返回相位中心位置與理想位置的偏差δ的估計值，再通過將理想位置加上位置偏差δ即得到相位中心位置估計。該步驟的具體過程為：4a)構(gòu)造最小化函數(shù)得到相位中心位置偏差4b)計算相位中心位置估計值其中xyz0為相位中心位置的理想值。步驟4的計算結(jié)果如圖7(各相位中心x坐標(biāo)的真實值和估計值之間的偏差)、圖8(各相位中心y坐標(biāo)的真實值和估計值之間的偏差)及圖9(各相位中心z坐標(biāo)的真實值和估計值之間的偏差)所示。從定標(biāo)結(jié)果來看，每個相位中心的x,y,z三維坐標(biāo)估計很準(zhǔn)確。各相位中心位置xyz坐標(biāo)估計值與真實值的偏差用數(shù)值表示分別見圖10、圖11、圖12，從圖可見估計值與真實值很接近。其定標(biāo)均方誤差mse(meansquareerror)等于0.039mm。由實施例的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的一種基于子空間正交原理的分布式陣列sar相位中心定標(biāo)方法，可以準(zhǔn)確的對分布式陣列sar系統(tǒng)相位中心進(jìn)行定標(biāo)，并且所有相位中心位置的標(biāo)定一次完成，不需要兩兩相互定標(biāo)，極大的提高了效率，保證了精度。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12