[go: up one dir, main page]

CN111273292A - 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents

合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN111273292A
CN111273292A CN202010105680.9A CN202010105680A CN111273292A CN 111273292 A CN111273292 A CN 111273292A CN 202010105680 A CN202010105680 A CN 202010105680A CN 111273292 A CN111273292 A CN 111273292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
frequency
platform
vibration
radar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010105680.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111273292B (zh
Inventor
李超
史姝赟
张晓娟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electronics of CAS filed Critical Institute of Electronics of CAS
Priority to CN202010105680.9A priority Critical patent/CN111273292B/zh
Publication of CN111273292A publication Critical patent/CN111273292A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111273292B publication Critical patent/CN111273292B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9029—SAR image post-processing techniques specially adapted for moving target detection within a single SAR image or within multiple SAR images taken at the same time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9019—Auto-focussing of the SAR signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/40—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

一种合成孔径雷达高频振动补偿方法，包括：对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号，在该合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性，将该输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号，将该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹，将该振动轨迹补偿到该原始回波信号中，得到聚焦图像。本申请还提供了一种合成孔径雷达高频振动补偿装置、电子设备及存储装置，可补偿太赫兹频段SAR运动误差。

Description

合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质
技术领域
本申请涉及SAR运动补偿信号处理领域，尤其涉及一种合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及存储装置。
背景技术
在太赫兹频段SAR成像应用中，平台高频振动和目标的微动特性一直是研究热点。平台振动或目标微动本质相同，都是对回波信号的相位进行了调制，每个距离门信号可看作多正弦调频信号。正弦调频傅里叶变换定义了一个新的信号空间——正弦调频信号空间，在此空间中对回波信号进行正弦调频傅里叶变换，用于平台振动轨迹或雷达目标微动参数估计。当振动幅值或振动频率过大时，在缺少先验信息的情况下，会出现相位缠绕现象，此时利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动谱会出现误差。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及存储装置，通过对原始太赫兹频段SAR回波信号采用双频共轭处理，得到等效波长较长的合成信号，对合成信号利用正弦调频傅里叶变换反演得到平台高频振动轨迹用于补偿太赫兹频段SAR运动误差。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种合成孔径雷达高频振动补偿方法，包括：
对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
在所述合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
将所述输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
将所述多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
将所述振动轨迹补偿到所述原始回波信号中，得到聚焦图像。
可选的，所述对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号之前，包括：
根据条带SAR正侧视模型，建立三维直角坐标系O-XYZ，所述三维坐标系以O为原点，沿平台行驶方向为X轴，地平面为XOY面。
可选的，令点A[x+Δx(tm)，Δy(tm)，H+Δz(tm)]为雷达在tm时刻的天线相位中心实际位置，D[x(tm)，0，H]为天线相位中心的理想位置，点目标p的坐标为P(xn，yn，0)，tm为方位慢时间，v为载机理想飞行速度，x＝vtm表示在tm时刻雷达的天线相位中心理想的方位位置，[Δx(tm)，Δy(tm)，Δz(tm)]为在三维直角坐标系O-XYZ下平台的3个方向运动误差，雷达发射线性调频信号
Figure BDA0002388093100000021
tm时刻点的原始回波信号
Figure BDA0002388093100000022
其中
Figure BDA0002388093100000023
为距离向时间，则：
Figure BDA0002388093100000024
Figure BDA0002388093100000025
其中，N为场景中散射点数目，σn表示第n个散射点的反射系数，Tp表示脉冲持续时间，Rn(tm)为雷达平台与第n个散射点的距离，ΔR(tm)是平台高频振动误差，av表示载机理想飞行速度下的平台振动幅值，fv表示载机理想飞行速度下的频率，
Figure BDA0002388093100000026
表示载机理想飞行速度下的初始相位；
Figure BDA0002388093100000031
Figure BDA0002388093100000032
其中，R0为理想天线相位中心与目标的最短斜距。
可选的，其特征在于，所述对接收的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号包括：
将SAR接收的宽带回波信号沿距离向等分成两个子带信号；
将所述两个子带信号分别进行距离压缩，得到两个不同中心频率的目标的距离像；
对所述两个不同中心频率的目标的距离像做共轭相乘，得到合成信号。
可选的，所述两个子带信号包括第一子带信号
Figure BDA0002388093100000033
和第二子带信号
Figure BDA0002388093100000034
Figure BDA0002388093100000035
Figure BDA0002388093100000036
其中，
Figure BDA0002388093100000037
为所述第一子带信号的距离向频率，
Figure BDA0002388093100000038
Ta为合成孔径时间，fc1为所述第一子带信号的中心频率，大小为fc-Br/4；
Figure BDA0002388093100000039
为所述第二子带信号的距离向频率，
Figure BDA00023880931000000316
fc2为所述第二子带信号中心频率，大小为fc+Br/4；
所述两个不同中心频率的目标的距离像包括第一距离像
Figure BDA00023880931000000310
和第二距离像
Figure BDA00023880931000000311
所述合成信号为
Figure BDA00023880931000000312
Figure BDA00023880931000000313
Figure BDA00023880931000000314
Figure BDA00023880931000000315
可选的，令所述仅含有一个散射点所在的距离门信号为
Figure BDA0002388093100000041
则：
Figure BDA0002388093100000042
所述参考函数为
Figure BDA0002388093100000043
可选的，令多分量正弦调频信号表达式为：
Figure BDA0002388093100000044
Figure BDA0002388093100000045
令
Figure BDA0002388093100000046
则信号x(n)的离散正弦调频傅里叶变换表达式X(k)为
Figure BDA0002388093100000047
平台的振动轨迹的频谱
Figure BDA0002388093100000048
本申请实施例第二方面提供一种合成孔径雷达高频振动补偿装置，包括：
双频共轭处理模块，用于对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
选择模块，用于在所述合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
相乘模块，用于将所述输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
反演模块，用于将所述多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
补偿模块，用于将所述振动轨迹补偿到所述原始回波信号中，得到聚焦图像。
本公开实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：处理器；存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行本公开实施例第一方面所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。
本公开实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本公开实施例第一方面所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。
从上述本申请实施例可知，本公开提供的合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及存储介质，对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号，在该合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性，将该输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号，将该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹，将该振动轨迹补偿到该原始回波信号中，得到聚焦图像。结合正弦调频傅里叶变换和双频共轭处理算法，提高对太赫兹频段下的SAR高频振动补偿的精度，通过对原始回波信号进行简单的双频共轭算法预处理，再结合正弦调频傅里叶变换，即可实现高效率THz SAR运动补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的合成孔径雷达高频振动补偿方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例提供的正侧视条带SAR几何关系的示意图；
图3为本申请一实施例提供的子带双频共轭处理原理图的示意图；
图4为本申请一实施例提供的场景示意图；
图5为本申请一实施例提供的添加的噪声图像的示意图；
图6为本申请一实施例提供的基于正弦调频傅里叶变换估计平台振动位移轨迹的示意图；
图7为本申请一实施例提供的反演的平台振动位移轨迹的示意图；
图8为本申请一实施例提供的聚焦图像的示意图；
图9为本申请一实施例提供的合成孔径雷达高频振动补偿装置的结构示意图；
图10示出了一种电子设备的硬件结构框图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的合成孔径雷达高频振动补偿方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：
S101、对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
S102、在该合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
S103、将该输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
S104、将该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
S105、将该振动轨迹补偿到该原始回波信号中，得到聚焦图像。
在本申请其中一个实施例中，请参阅图2，在步骤S101之前，包括：根据条带SAR正侧视模型，建立三维直角坐标系O-XYZ，该三维坐标系以O为原点，沿平台行驶方向为X轴，地平面为XOY面。
其中，平行X轴的实直线代表载机的理想航迹，虚曲线表示载机的实际航迹。一般情况下，SAR按“一步一停”工作方式处理，同样适用以光速传播的THz波，忽略平台运动误差随快时间的变化，只考虑运动误差随慢时间的变化。
在本申请其中一个实施例中，令点A[x+Δx(，m)，Δy(tm)，H+Δz(tm)]为雷达在tm时刻的天线相位中心(APC，Antenna Phase Center)实际位置，D[x(tm)，0，H]为天线相位中心的理想位置，点目标p的坐标为P(xn，yn，0)，tm为方位慢时间，v为载机理想飞行速度，x＝vtm表示在tm时刻雷达的天线相位中心理想的方位位置，[Δx(tm)，Δy(tm)，Δz(tm)]为在三维直角坐标系O-XYZ下平台的3个方向运动误差，雷达发射线性调频信号
Figure BDA0002388093100000071
tm时刻点的原始回波信号
Figure BDA0002388093100000072
其中
Figure BDA0002388093100000073
为距离向时间，则：
Figure BDA0002388093100000074
Figure BDA0002388093100000075
其中，N为场景中散射点数目，σn表示第n个散射点的反射系数，Tp表示脉冲持续时间，Rn(tm)为雷达平台与第n个散射点的距离，ΔR(tm)是平台高频振动误差，av表示载机理想飞行速度下的平台振动幅值，fv表示载机理想飞行速度下的频率，
Figure BDA0002388093100000076
表示载机理想飞行速度下的初始相位；
Figure BDA0002388093100000081
Figure BDA0002388093100000082
其中，R0为理想天线相位中心与目标的最短斜距。
在本申请其中一个实施例中，请参阅图3，步骤S101包括：
将SAR接收的宽带回波信号沿距离向等分成两个子带信号；
将该两个子带信号分别进行距离压缩，得到两个不同中心频率的目标的距离像；
对该两个不同中心频率的目标的距离像做共轭相乘，得到合成信号。
该两个子带信号包括第一子带信号
Figure BDA0002388093100000083
和第二子带信号
Figure BDA0002388093100000084
大小均为
Figure BDA0002388093100000085
其中Na表示方位向采样点数，Nr表示距离向采样点数，两个子带信号的中心频率差为
Figure BDA0002388093100000086
fc1，fc2分别为子带信号中心频率，二者带宽都为
Figure BDA0002388093100000087
其中Br为距离向带宽。
Figure BDA0002388093100000088
Figure BDA0002388093100000089
其中，
Figure BDA00023880931000000810
为该第一子带信号的距离向频率，
Figure BDA00023880931000000811
Ta为合成孔径时间，fc1为该第一子带信号的中心频率，大小为fc-Br/4；
Figure BDA00023880931000000812
为该第二子带信号的距离向频率，
Figure BDA00023880931000000813
fc2为该第二子带信号中心频率，大小为fc+Br/4；
该两个不同中心频率的目标的距离像包括第一距离像
Figure BDA00023880931000000814
和第二距离像
Figure BDA00023880931000000815
该合成信号为
Figure BDA00023880931000000816
Figure BDA00023880931000000817
Figure BDA00023880931000000818
对第一距离像和第二距离像做共轭相乘，得到合成信号
Figure BDA0002388093100000091
Figure BDA0002388093100000092
上式为多项式，由目标上各个散射点信号的自身项和交叉项组成。在分辨率较高的情况下，不同散射点斜距一般大于一个距离分辨单元，所以交叉项的幅值远小于自身项，忽略交叉项的影响后，合成信号仅含有散射点自身信号项。
对合成信号幅值开方，可得到下式
Figure BDA0002388093100000093
整理后为：
Figure BDA0002388093100000094
其中
Figure BDA0002388093100000095
为合成信号的波长，对上式进行距离徙动校正得：
Figure BDA0002388093100000096
从上式可以看出，经过双频共轭处理后合成信号的中心频率为第一子带信号和第二子带信号的中心频率之差，由此可见，该处理使合成信号的等效波长大大增加。
在本申请其中一个实施例中，令该仅含有一个散射点所在的距离门信号为
Figure BDA0002388093100000097
则：
Figure BDA0002388093100000098
该参考函数为
Figure BDA0002388093100000099
多分量正弦调频信号：
Figure BDA00023880931000000910
在本申请其中一个实施例中，对该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换估计平台振动轨迹，令多分量正弦调频信号表达式为：
Figure BDA0002388093100000101
Figure BDA0002388093100000102
令
Figure BDA0002388093100000103
则信号x(n)的离散正弦调频傅里叶变换表达式X(k)为
Figure BDA0002388093100000104
正弦调频傅里叶变换在正弦调频信号空间进行，得到的是信号相位调制历程的频谱。通过对所选信号进行正弦调频傅里叶变换可以直接获取平台的振动轨迹的频谱
Figure BDA0002388093100000105
当平台微动幅值超过发射信号波长时，会出现相位缠绕现象。可以通过解缠公式恢复真实相位。但相位解缠处理不能克服所有相位缠绕问题，当平台振动幅值过大时，相位缠绕会引起多普勒模糊，振动谱估计出现误差。假设沿雷达视线方向平台振动幅值为Dm，振动频率为fm，则不发生相位缠绕的最大振动幅值为：
Figure BDA0002388093100000106
其中fPRF为雷达的脉冲重复频率，由上述表达式可看出，可通过增大fPRF或者信号波长来增大max{D}，但fPRF一般是固定不变的。为了估计振幅较大或频率较高的平台振动轨迹，利用双频共轭处理合成一个等效波长更长的合成信号以减小相位缠绕。
本实施例中，如图4所示为成像场景，由8个角反射器分布在四个不同距离门构成。图5为添加高频振动后的图像，由于高频振动误差的影响，目标产生成对回波，图像完全散焦无法分辨。根据正弦调频傅里叶变换结果的逆傅里叶变换可直接得到平台振动位移轨迹如图6和图7所示，由前面分析可知，原始信号波长较短，当平台振动幅值或振动频率过大时，存在相位缠绕现象，利用振动谱恢复得到的振动位移信息就不准确，双频共轭处理后合成信号等效波长增大，克服了相位缠绕问题，提高了可估计最大振动幅值，平台振动误差估计值与真实值一致。将反演得到的振动误差补偿到原始回波中得到聚焦图像如图8所示。
请参阅图9，图9为本申请一实施例提供的合成孔径雷达高频振动补偿装置的结构示意图，该结构主要包括：
双频共轭处理模块201，用于对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
选择模块202，用于在该合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
相乘模块203，用于将该输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
反演模块204，用于将该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
补偿模块205，用于将该振动轨迹补偿到该原始回波信号中，得到聚焦图像。
在本申请其中一个实施例中，在本申请其中一个实施例中，请参阅图2，本装置还包括：坐标系建立模块，用于根据条带SAR正侧视模型，建立三维直角坐标系O-XYZ，该三维坐标系以O为原点，沿平台行驶方向为X轴，地平面为XOY面。
其中，平行X轴的实直线代表载机的理想航迹，虚曲线表示载机的实际航迹。一般情况下，SAR按“一步一停”工作方式处理，同样适用以光速传播的THz波，忽略平台运动误差随快时间的变化，只考虑运动误差随慢时间的变化。
在本申请其中一个实施例中，令点A[x+Δx(tm)，Δy(tm)，H+Δz(tm)]为雷达在tm时刻的天线相位中心(APC，Antenna Phase Center)实际位置，D[x(tm)，0，H]为天线相位中心的理想位置，点目标p的坐标为P(xn，yn，0)，tm为方位慢时间，v为载机理想飞行速度，x＝vtm表示在tm时刻雷达的天线相位中心理想的方位位置，[Δx(tm)，Δy(tm)，Δz(tm)]为在三维直角坐标系O-XYZ下平台的3个方向运动误差，雷达发射线性调频信号
Figure BDA0002388093100000121
tm时刻点的原始回波信号
Figure BDA0002388093100000122
其中
Figure BDA0002388093100000123
为距离向时间，则：
Figure BDA0002388093100000124
Figure BDA0002388093100000125
其中，N为场景中散射点数目，σn表示第n个散射点的反射系数，Tp表示脉冲持续时间，Rn(tm)为雷达平台与第n个散射点的距离，ΔR(tm)是平台高频振动误差，av表示载机理想飞行速度下的平台振动幅值，fv表示载机理想飞行速度下的频率，
Figure BDA0002388093100000126
表示载机理想飞行速度下的初始相位；
Figure BDA0002388093100000127
Figure BDA0002388093100000128
其中，R0为理想天线相位中心与目标的最短斜距。
在本申请其中一个实施例中，请参阅图3，双频共轭处理模块201包括：
等分子模块，用于将SAR接收的宽带回波信号沿距离向等分成两个子带信号；
距离压缩子模块，用于将该两个子带信号分别进行距离压缩，得到两个不同中心频率的目标的距离像；
相乘子模块，用于对该两个不同中心频率的目标的距离像做共轭相乘，得到合成信号。
该两个子带信号包括第一子带信号
Figure BDA0002388093100000131
和第二子带信号
Figure BDA0002388093100000132
大小均为
Figure BDA0002388093100000133
其中Na表示方位向采样点数，Nr表示距离向采样点数，两个子带信号的中心频率差为
Figure BDA0002388093100000134
fc1，fc2分别为子带信号中心频率，二者带宽都为
Figure BDA0002388093100000135
其中Br为距离向带宽。
Figure BDA0002388093100000136
Figure BDA0002388093100000137
其中，
Figure BDA0002388093100000138
为该第一子带信号的距离向频率，
Figure BDA0002388093100000139
Ta为合成孔径时间，fc1为该第一子带信号的中心频率，大小为fc-Br/4；
Figure BDA00023880931000001310
为该第二子带信号的距离向频率，
Figure BDA00023880931000001311
fc2为该第二子带信号中心频率，大小为fc+Br/4；
该两个不同中心频率的目标的距离像包括第一距离像
Figure BDA00023880931000001312
和第二距离像
Figure BDA00023880931000001313
该合成信号为
Figure BDA00023880931000001314
Figure BDA00023880931000001315
Figure BDA00023880931000001316
对第一距离像和第二距离像做共轭相乘，得到合成信弋
Figure BDA00023880931000001317
Figure BDA00023880931000001318
上式为多项式，由目标上各个散射点信号的自身项和交叉项组成。在分辨率较高的情况下，不同散射点斜距一般大于一个距离分辨单元，所以交叉项的幅值远小于自身项，忽略交叉项的影响后，合成信号仅含有散射点自身信号项。
对合成信号幅值开方，可得到下式
Figure BDA00023880931000001319
整理后为：
Figure BDA0002388093100000141
其中
Figure BDA0002388093100000142
为合成信号的波长，对上式进行距离徙动校正得：
Figure BDA0002388093100000143
从上式可以看出，经过双频共轭处理后合成信号的中心频率为第一子带信号和第二子带信号的中心频率之差，由此可见，该处理使合成信号的等效波长大大增加。
在本申请其中一个实施例中，令该仅含有一个散射点所在的距离门信号为
Figure BDA0002388093100000144
则：
Figure BDA0002388093100000145
该参考函数为
Figure BDA0002388093100000146
多分量正弦调频信号：
Figure BDA0002388093100000147
在本申请其中一个实施例中，对该多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换估计平台振动轨迹，令多分量正弦调频信号表达式为：
Figure BDA0002388093100000148
Figure BDA0002388093100000149
令
Figure BDA00023880931000001410
则信号x(n)的离散正弦调频傅里叶变换表达式X(k)为
Figure BDA0002388093100000151
正弦调频傅里叶变换在正弦调频信号空间进行，得到的是信号相位调制历程的频谱。通过对所选信号进行正弦调频傅里叶变换可以直接获取平台的振动轨迹的频谱
Figure BDA0002388093100000152
当平台微动幅值超过发射信号波长时，会出现相位缠绕现象。可以通过解缠公式恢复真实相位。但相位解缠处理不能克服所有相位缠绕问题，当平台振动幅值过大时，相位缠绕会引起多普勒模糊，振动谱估计出现误差。假设沿雷达视线方向平台振动幅值为Dm，振动频率为fm，则不发生相位缠绕的最大振动幅值为：
Figure BDA0002388093100000153
其中fPRF为雷达的脉冲重复频率，由上述表达式可看出，可通过增大fPRF或者信号波长来增大max{D}，但fPRF一般是固定不变的。为了估计振幅较大或频率较高的平台振动轨迹，利用双频共轭处理合成一个等效波长更长的合成信号以减小相位缠绕。
参阅图10，图10示出了一种电子设备的硬件结构图。
本实施例中所描述的电子设备，包括：
存储器41、处理器42及存储在存储器41上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该程序时实现前述图1所示实施例中描述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。
进一步地，该电子设备还包括：
至少一个输入设备43；至少一个输出设备44。
上述存储器41、处理器42输入设备43和输出设备44通过总线45连接。
其中，输入设备43具体可为摄像头、触控面板、物理按键或者鼠标等等。输出设备44具体可为显示屏。
存储器41可以是高速随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)存储器，也可为非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器41用于存储一组可执行程序代码，处理器42与存储器41耦合。
进一步地，本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是设置于上述各实施例中的终端中，该计算机可读存储介质可以是前述图10所示实施例中的存储器。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述图1至8所示实施例中描述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。进一步地，该计算机可存储介质还可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-0nly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本申请所提供的多个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，该模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信链接可以是通过一些接口，模块的间接耦合或通信链接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本公开所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本申请所提供的合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及存储装置的描述，对于本领域的技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，包括：
对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
在所述合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
将所述输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
将所述多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
将所述振动轨迹补偿到所述原始回波信号中，得到聚焦图像。
2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，所述对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号之前，包括：
根据条带SAR正侧视模型，建立三维直角坐标系O-XYZ，所述三维坐标系以O为原点，沿平台行驶方向为X轴，地平面为XOY面。
3.根据权利要求2所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，令点A[x+Δx(tm)，Δy(tm)，H+Δz(tm)]为雷达在tm时刻的天线相位中心实际位置，D[x(tm)，0，H]为天线相位中心的理想位置，点目标p的坐标为P(xn，yn，0)，tm为方位慢时间，v为载机理想飞行速度，x＝vtm表示在tm时刻雷达的天线相位中心理想的方位位置，[Δx(tm)，Δy(tm)，Δz(tm)]为在三维直角坐标系O-XYZ下平台的3个方向运动误差，雷达发射线性调频信号
Figure FDA0002388093090000011
tm时刻点的原始回波信号
Figure FDA0002388093090000012
其中
Figure FDA0002388093090000013
为距离向时间，则：
Figure FDA0002388093090000014
Figure FDA0002388093090000015
其中，N为场景中散射点数目，σn表示第n个散射点的反射系数，Tp表示脉冲持续时间，Rn(tm)为雷达平台与第n个散射点的距离，ΔR(tm)是平台高频振动误差，av表示载机理想飞行速度下的平台振动幅值，fv表示载机理想飞行速度下的频率，
Figure FDA0002388093090000021
表示载机理想飞行速度下的初始相位；
Figure FDA0002388093090000022
Figure FDA0002388093090000023
其中，R0为理想天线相位中心与目标的最短斜距。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，所述对接收的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号包括：
将SAR接收的宽带回波信号沿距离向等分成两个子带信号；
将所述两个子带信号分别进行距离压缩，得到两个不同中心频率的目标的距离像；
对所述两个不同中心频率的目标的距离像做共轭相乘，得到合成信号。
5.根据权利要求4所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，所述两个子带信号包括第一子带信号
Figure FDA0002388093090000024
和第二子带信号
Figure FDA0002388093090000025
Figure FDA0002388093090000026
Figure FDA0002388093090000027
其中，
Figure FDA0002388093090000028
为所述第一子带信号的距离向频率，
Figure FDA0002388093090000029
Ta为合成孔径时间，fc1为所述第一子带信号的中心频率，大小为fc-Br/4；
Figure FDA00023880930900000210
为所述第二子带信号的距离向频率，
Figure FDA00023880930900000211
fc2为所述第二子带信号中心频率，大小为fc+Br/4；
所述两个不同中心频率的目标的距离像包括第一距离像
Figure FDA00023880930900000212
和第二距离像
Figure FDA00023880930900000213
所述合成信号为
Figure FDA00023880930900000214
Figure FDA0002388093090000031
Figure FDA0002388093090000032
Figure FDA0002388093090000033
6.根据权利要求5所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，令所述仅含有一个散射点所在的距离门信号为
Figure FDA0002388093090000034
则：
Figure FDA0002388093090000035
所述参考函数为
Figure FDA0002388093090000036
7.根据权利要求6所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法，其特征在于，令多分量正弦调频信号表达式为：
Figure FDA0002388093090000037
Figure FDA0002388093090000038
令
Figure FDA0002388093090000039
则信号x(n)的离散正弦调频傅里叶变换表达式X(k)为
Figure FDA00023880930900000310
平台的振动轨迹的频谱
Figure FDA00023880930900000311
8.一种合成孔径雷达高频振动补偿装置，其特征在于，包括：
双频共轭处理模块，用于对接收到的原始回波信号进行双频共轭处理，得到合成信号；
选择模块，用于在所述合成信号的距离压缩相位历史域，选择仅含有一个散射点所在的距离门信号作为输入信号来反演平台高频振动误差，或，选择一个微动目标所在距离门作为输入信号来反演雷达目标微动特性；
相乘模块，用于将所述输入信号乘以参考函数，得到多分量正弦调频信号；
反演模块，用于将所述多分量正弦调频信号利用正弦调频傅里叶变换反演平台振动轨迹，得到平台的振动轨迹；
补偿模块，用于将所述振动轨迹补偿到所述原始回波信号中，得到聚焦图像。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，其存储有计算机可执行程序，所述程序在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的合成孔径雷达高频振动补偿方法。
CN202010105680.9A 2020-02-20 2020-02-20 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质 Active CN111273292B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010105680.9A CN111273292B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010105680.9A CN111273292B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111273292A true CN111273292A (zh) 2020-06-12
CN111273292B CN111273292B (zh) 2022-02-22

Family

ID=70997885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010105680.9A Active CN111273292B (zh) 2020-02-20 2020-02-20 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111273292B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112330712A (zh) * 2020-11-09 2021-02-05 内蒙古工业大学 雷达图像的运动补偿方法及装置、电子设备和存储介质
CN114089308A (zh) * 2021-11-24 2022-02-25 哈尔滨工业大学 太赫兹波段下sar平台高频振动误差补偿方法
CN114660601A (zh) * 2022-03-18 2022-06-24 中国科学院光电技术研究所 一种应用于合成孔径成像系统的振动抑制方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2574957A1 (fr) * 2011-09-30 2013-04-03 Thales Procédé d'estimation de la fréquence doppler non ambigue d'une cible mobile, notamment marine, et radar mettant en oeuvre le procédé
CN104931967A (zh) * 2015-06-12 2015-09-23 西安电子科技大学 一种改进的高分辨率sar成像自聚焦方法
CN105259552A (zh) * 2015-09-17 2016-01-20 中国科学院电子学研究所 一种基于非线性调频信号的合成孔径雷达成像方法和装置
US20170176583A1 (en) * 2014-03-26 2017-06-22 Symeo Gmbh Method in a Radar System, Radar System, and/or Device of a Radar System
CN110554385A (zh) * 2019-07-02 2019-12-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 机动轨迹合成孔径雷达自聚焦成像方法、装置及雷达系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2574957A1 (fr) * 2011-09-30 2013-04-03 Thales Procédé d'estimation de la fréquence doppler non ambigue d'une cible mobile, notamment marine, et radar mettant en oeuvre le procédé
US20170176583A1 (en) * 2014-03-26 2017-06-22 Symeo Gmbh Method in a Radar System, Radar System, and/or Device of a Radar System
CN104931967A (zh) * 2015-06-12 2015-09-23 西安电子科技大学 一种改进的高分辨率sar成像自聚焦方法
CN105259552A (zh) * 2015-09-17 2016-01-20 中国科学院电子学研究所 一种基于非线性调频信号的合成孔径雷达成像方法和装置
CN110554385A (zh) * 2019-07-02 2019-12-10 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 机动轨迹合成孔径雷达自聚焦成像方法、装置及雷达系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙丹: "基于相位梯度自聚焦算法的激光雷达图像补偿", 《激光杂志》 *
张丹等: "基于双频共轭的外辐射源雷达多普勒徙动的解决方法", 《中国科学院大学学报》 *
肖达: "浮空器载逆合成孔径雷达飞机目标成像技术研究", 《中国优秀博硕士论文全文数据库（博士） 信息科技辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112330712A (zh) * 2020-11-09 2021-02-05 内蒙古工业大学 雷达图像的运动补偿方法及装置、电子设备和存储介质
CN112330712B (zh) * 2020-11-09 2023-09-12 内蒙古工业大学 雷达图像的运动补偿方法及装置、电子设备和存储介质
CN114089308A (zh) * 2021-11-24 2022-02-25 哈尔滨工业大学 太赫兹波段下sar平台高频振动误差补偿方法
CN114089308B (zh) * 2021-11-24 2024-04-09 哈尔滨工业大学 太赫兹波段下sar平台高频振动误差补偿方法
CN114660601A (zh) * 2022-03-18 2022-06-24 中国科学院光电技术研究所 一种应用于合成孔径成像系统的振动抑制方法及装置
CN114660601B (zh) * 2022-03-18 2023-06-30 中国科学院光电技术研究所 一种应用于合成孔径成像系统的振动抑制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111273292B (zh) 2022-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111273292B (zh) 合成孔径雷达高频振动补偿方法、装置、电子设备及介质
CN111175750B (zh) 一种合成孔径雷达的成像方法及装置、设备、存储介质
CN111443339A (zh) 一种双基sar空变校正成像方法、装置、设备及存储介质
CN1667432B (zh) 加权函数生成方法、基准信号生成方法、传输信号生成装置、信号处理装置及天线
US20140232590A1 (en) Sar image formation
CN108226891B (zh) 一种扫描雷达回波计算方法
CN104898120A (zh) 一种基于回波模拟的双基前视高机动平台sar成像方法
US20110267223A1 (en) System and Method for Resolving Ambiguity in Radar, Lidar, and Acoustic Systems
CN109358330B (zh) 一种双基前视sar线性时间同步误差估计方法
CN103454632A (zh) 一站固定式调频连续波双基地sar成像方法
CN103308913A (zh) 一种高速飞行器载双天线前视sar解模糊算法
CN112630779B (zh) 一种软件化mimo三维成像雷达系统
CN109709549A (zh) 一种前视雷达超分辨率成像方法
CN110208799A (zh) 基于Legendre正交分解的曲线运动轨迹SAR波数域成像方法
CN108152816A (zh) 基于多核dsp的实时sar成像系统及成像方法
CN107589421B (zh) 一种阵列前视sar成像方法
CN117556605A (zh) 一种多体制雷达仿真系统及其控制方法
CN112639523B (zh) 一种雷达探测方法及相关装置
CN109343056A (zh) 一种针对非线性调频sar的rd成像方法和装置
CN116990777B (zh) 一种太赫兹rcs高精度测量方法、系统、装置和设备
CN110297240B (zh) 方位向宽波束合成孔径雷达的成像方法及装置
WO2014084933A1 (en) Enhanced radar range resolution
CN108594229B (zh) 星载sar脉内多普勒效应二维补偿方法、装置及存储介质
CN113671477B (zh) 一种基于图信号处理的雷达目标距离估计方法
CN111638516B (zh) 基于双频共轭处理技术的太赫兹频段sar运动补偿算法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant