一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法，該方法首先校正回波中的調(diào)頻率非線性誤差信號(hào)，然后利用RVP濾波處理將調(diào)頻率非線性誤差和多通道幅相誤差相分離，最后分別校正調(diào)頻率非線性誤差通過RVP濾波處理后得到的信號(hào)和多通道幅相誤差的影響，完成對(duì)系統(tǒng)接收回波總的幅相誤差的校正。該方法解決了調(diào)頻連續(xù)波線陣成像雷達(dá)系統(tǒng)中存在調(diào)頻率非線性誤差和多通道幅相誤差使得直接成像造成重建的雷達(dá)圖像質(zhì)量降級(jí)的問題。
【專利說明】一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及調(diào)頻連續(xù)波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)線陣合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]調(diào)頻連續(xù)波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)線陣合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)(Synthetic Aperture Radar, SAR)原理是通過在距離向發(fā)射大時(shí)寬-帶寬的線性調(diào)頻信號(hào)，利用脈沖壓縮得到距離向的高分辨；在陣列方向布置天線陣列，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制陣元依次導(dǎo)通完成該方向的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而利用孔徑合成獲得陣列向的高分辨，將兩者結(jié)合就可以對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行高分辨率二維成像。
[0003]在實(shí)際的FMCW線陣SAR系統(tǒng)中，接收信號(hào)與理想模型相比存在以下兩個(gè)方面的差異:第一，由于發(fā)射信號(hào)的時(shí)寬-帶寬都很大，發(fā)射機(jī)不可能產(chǎn)生十分理想的線性調(diào)頻信號(hào)，其信號(hào)調(diào)頻率具有一定的非線性；第二，陣列SAR系統(tǒng)屬于一種多通道系統(tǒng)，每個(gè)通道對(duì)接收信號(hào)的作用相當(dāng)于對(duì)其進(jìn)行不同的幅度和相位調(diào)制。這兩個(gè)方面綜合作用的結(jié)果使得實(shí)際接收信號(hào)存在幅度、相位誤差，如不進(jìn)行校正直接用傳統(tǒng)成像算法處理回波數(shù)據(jù)，非相干疊加的數(shù)據(jù)會(huì)降低成像質(zhì)量，當(dāng)幅相誤差嚴(yán)重時(shí)甚至不能成像。
[0004]對(duì)于發(fā)射信號(hào)調(diào)頻率非線性校正，主要方法有硬件方法和軟件方法。硬件方法直接對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行處理，主要有預(yù)失真VC0、鎖相環(huán)、DDS等方法；軟件方法則是對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)處理，常使用Meta博士提出的誤差模型和校正方案(參考文獻(xiàn)為Adriano Meta.Signal Processing of FMCff Synthetic Aperture Radar Data[D].[Ph.D.dissertation].Delft University of Technology, 2006),首先估計(jì)發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻率非線性誤差，然后進(jìn)行發(fā)射非線性校正，剩余的隨目標(biāo)延時(shí)變化的接收非線性通過殘余視頻相位(Residual Video Phase,RVP)濾波消除,最后進(jìn)行接收非線性校正得到理想的接收信號(hào)。該方法在進(jìn)行非線性校正的同時(shí)完成了 RVP補(bǔ)償，對(duì)于頻譜不太大的非線性信號(hào)有非常理想的校正結(jié)果。但是，該方法適用于單通道系統(tǒng)，并沒有考慮多通道系統(tǒng)引入的幅相誤差，在多通道系統(tǒng)中不能直接應(yīng)用該方法進(jìn)行校正。
[0005]對(duì)于多通道幅相誤差校正，屬于陣列信號(hào)處理的基本問題，通常將誤差模型建立在以陣列流形矩陣表示的信號(hào)和噪聲模型中，通過有源的或自校正的方法消除誤差對(duì)高分辨率譜估計(jì)算法的影響。和陣列信號(hào)處理中幅相誤差校正以一定角度、距離范圍內(nèi)的波達(dá)方向估計(jì)為目標(biāo)不同，本文研究的幅相誤差校正是以系統(tǒng)應(yīng)用于雷達(dá)成像為目標(biāo)，即考慮對(duì)整個(gè)場(chǎng)景中所有目標(biāo)都進(jìn)行高精度幅相誤差校正以獲得整個(gè)場(chǎng)景的聚焦圖像。按照該思路研究幅相誤差補(bǔ)償?shù)奈墨I(xiàn)主要有以下三篇:韓闊業(yè)，王彥平，譚維賢，等.陣列天線微波成像多通道相位誤差校正方法[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，2012，29 (5) =630-635.；侯穎妮.基于稀疏陣列天線的雷達(dá)成像技術(shù)研究[D].[博士論文].中國科學(xué)院電子學(xué)石開究所，2010;Qi Yao-long, Tan ffe1-xian, and Peng Xue-ming, et al.Application ofoptimized sparse antenna array in near range3D microwave imaging[J].IEICEtransactions oncommunications, 2013, 96 (10): 2542-2552。但是，這些方法都是基于脈沖體制的，在脈沖體制下不存在發(fā)射信號(hào)非線性誤差問題，而FMCW體制接收時(shí)采用解斜方式，這種解斜接收方式造成了不同距離位置的點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的非線性部分具有不同的形式，顯然上述方法已不適用于FMCW體制下的多通道幅相誤差校正了。本發(fā)明提供了一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法，該方法可以校正FMCW體制線陣系統(tǒng)存在的調(diào)頻率非線性誤差和多通道幅相誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻率非線性誤差和多通道幅相誤差校正方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提出的基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法包括以下步驟:
[0008]步驟S1:通道η觀測(cè)場(chǎng)景回波采集，在該步驟，發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)起始頻率為fo，調(diào)頻率為K，發(fā)射信號(hào)中的調(diào)頻率非線性為ε (t);場(chǎng)景中第h個(gè)點(diǎn)目標(biāo)到通道η的時(shí)間延時(shí)為τ h(n),雷達(dá)散射系數(shù)為σ h ;通道η存在的幅度誤差為G(η),時(shí)延誤差為τ (η)。通道η采集的場(chǎng)景回波s (t，η)為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種基于單特顯點(diǎn)的調(diào)頻連續(xù)波線陣幅相誤差校正方法，其特征在于，該方法包括步驟: 步驟S1:通道η觀測(cè)場(chǎng)景回波采集，在該步驟，發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)起始頻率為A，調(diào)頻率為K，發(fā)射信號(hào)中的調(diào)頻率非線性為ε (t);場(chǎng)景中第h個(gè)點(diǎn)目標(biāo)到通道η的時(shí)間延時(shí)為Th(n)，雷達(dá)散射系數(shù)為σ h;通道n存在的幅度誤差為G (η)，時(shí)延誤差為τ (η)。通道η采集的場(chǎng)景回波s (t，η)為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的Kτ (n)t- ε (t)的估計(jì)步驟是: 步驟S21:在調(diào)頻連續(xù)波線陣中軸線近距第一位置放置一個(gè)參考目標(biāo)，到通道η的時(shí)間延時(shí)為τ Jn),雷達(dá)散射系數(shù)為σ i，采集該參考目標(biāo)回波si (t, η)
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的G(n)和τ (η)的估計(jì)步驟是:步驟S31:在場(chǎng)景中心放置一特顯點(diǎn)目標(biāo)，其到通道η的時(shí)間延時(shí)為τΜ?(η)，雷達(dá)散射系數(shù)為σ Mf,采集該特顯點(diǎn)目標(biāo)回波sraf (t, η):
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103941242SQ201410216046
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】譚維賢, 楊曉琳, 乞耀龍, 王彥平, 洪文 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
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