一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法技术

本发明专利技术提出一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法，对波束指向变化对误差方位空变的影响进行补偿，从而解决了方位频谱混叠的问题。并且本发明专利技术建立了基于双线性子孔径运动误差影响的相位误差模型，分析了子孔径相位误差的多普勒域特性，通过多普勒变标实现方位空变误差的校正。因此本发明专利技术相比于现有技术，具有较高的补偿精度。较高的补偿精度。较高的补偿精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法。

技术介绍

[0002]在雷达信号处理
中，徙动矫正、相位误差估计和运动补偿常常使用机载SAR成像算法。针对基本模式下超高分辨SAR成像的徙动校正、相位误差估计和运动误差的距离空变补偿都已有较为成熟的处理算法，然后由于运动误差方位空变会对超高分辨SAR成像造成影响。具体的，在平台和作用距离一定的情况下，运动误差的方位空变量级在斜距表现上可以认为仅和合成转角成正比关系，高分辨SAR成像所需的合成转角较窄，现有的成像算法一般忽略运动误差方位空变的影响，但在超高分辨情况下，随着合成转角的增加，运动误差方位空变的影响较大。
[0003]运动误差对成像的影响分为对包络的影响和对相位的影响两个部分。针对方位空变误差的校正方法最早出现在低波段(L波段)的SAR系统中，低波段系统在相同的天线长度下会有更宽的波束宽度，其运动误差方位空变的影响也较其他系统更为严重，但低波段系统的分辨率不高(1m左右分辨率)，包络的方位空变不会对成像造成明显影响，因此现有技术的方位空变校正算法都旨在解决相位的方位空变问题，对于运动误差补偿有所欠缺。
[0004]目前，地形与孔径依赖算法(Topography
‑
and Aperture
‑
Dependent,TAD)是一类较为成熟的相位方位空变补偿算法，其典型代表为精确的地形与孔径依赖算法(Precise Topography
‑
and Aperture
‑
dependent algorithm,PTA)和子孔径地形与孔径依赖算法(Sub
‑
Aperture Topography
‑
and Aperture
‑
dependent algorithm,SATA)。PTA算法是一种图像后处理算法，通过对图像中每个像素点进行单独补偿实现误差校正，是最精确的方位空变补偿算法，但计算效率低。SATA算法在方位匹配滤波前进行误差校正，通过对子孔径误差的建模实现全场景误差的一次性补偿，SATA算法相较于PTA算法更加高效，但在补偿精度上有所损失。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供的一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法包括：
[0007]步骤1：SAR机载雷达在向目标发射线性调频信号后接收目标回波信号，得到所述目标回波信号的距离时域和方位时域信号；
[0008]步骤2：对所述距离时域和方位时域信号依次进行解调、距离向脉冲压缩，得到脉压后的距离时域和方位时域信号；
[0009]步骤3：从机载雷达的惯导信息中提取运动误差；
[0010]步骤4：使用所述运动误差对脉压后的距离时域和方位时域信号，进行沿距离空变
的包络补偿，以校正距离时域和方位时域信号随着距离线性空变的包络偏移，包络补偿后的距离时域和方位时域信号；
[0011]步骤5：采用RMA算法，对相位补偿后的距离时域和方位时域信号进行徒步校正，在校正过程中保留距离时域和方位时域信号的方位向信息，获得徙动校正后的距离时域和方位时域信号；
[0012]步骤8：将所述全孔径相位误差补偿至包络补偿后的距离时域和方位时域信号中，得到完成运动误差补偿的距离时域和方位时域信号；
[0013]步骤9：对完成运动误差补偿的距离时域和方位时域信号进行徙动校正，得到完成徙动校正及运动误差补偿的距离时域和方位时域信号；
[0014]步骤：对完成徙动校正及运动误差补偿的距离时域和方位时域信号进行方位向子孔径划分，获得多个子孔径信号；
[0015]步骤10：对每个子孔径信号的理想二次相位调制项以及非空变的多普勒偏移项进行补偿，获得得到完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号；
[0016]步骤11：对完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号通过线性变标校正空变的多普勒偏移，得到消除多普勒偏移的距离时域和方位频域信号；
[0017]步骤12：对该信号进行空变的恒定相位误差项校正，得到消除恒定相位误差的距离时域和方位时域信号；
[0018]步骤13：对所述消除恒定相位误差的距离时域和方位时域信号进行理想二次相位调制共轭项的补偿，得到相位恢复的距离时域和方位时域信号；
[0019]步骤14：所述相位恢复的距离时域和方位时域信号进行方位向脉冲压缩，得到距离时域和方位频域的聚焦信号，以实现SAR雷达成像图。
[0020]本专利技术提出一种基多普勒调整的方位空变补偿方法，对波束指向变化对误差方位空变的影响进行补偿，从而解决了方位频谱混叠的问题。并且本专利技术建立了基于双线性子孔径运动误差影响的相位误差模型，分析了子孔径相位误差的多普勒域特性，通过多普勒变标实现方位空变误差的校正。因此本专利技术相比于现有技术，具有较高的补偿精度。
[0021]以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的一种基本模式下的机载SAR几何模型示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例提供的一种多普勒域调整的SATA算法的流程示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例提供的一种仿真时三轴运动轨迹偏差示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例提供的一种仿真的不同方位空变补偿算法的性能对比图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0027]在介绍本专利技术之前，首先分析雷达在理想情况下的运行情况。
[0028]理想情况下，请参见图1，建立基本模式下的机载SAR几何模型，该机载SAR几何模型的理想运动轨迹为匀速直线飞行。基本模式下的机载SAR几何模型是一种机载平飞的带
有运动误差的SAR成像几何模型，该机载SAR几何模型包括：雷达飞行高度为H，飞行速度为v，蓝色直线为理想的雷达运动轨迹，红色曲线为真实的雷达飞行轨迹，绿色平面为波束中心平面。对于某一个方位时刻t
a
，此时的理想雷达位置和真实雷达位置分别用A和B表示，轨迹偏差用表示，设t
a
＝0时，雷达处在图中O点的正上方，则在整个数据录取过程中，A和B的坐标分别可以表示为(vt
a
,0,H)和图中p为场景中的任意一个点目标，位于(x
p
,y
p
,0)，目标p到A和B的距离分别表示为R
pi
(t
a
)和R
pr
(t
a
)，向量为目标与雷达之间的相对波束指向，向量的单位向量定义为其和波数中心平面的夹角表示为θ
p<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒调整的方位空变补偿方法，其特征在于，包括：步骤1：SAR机载雷达在向目标发射线性调频信号后接收目标回波信号，得到所述目标回波信号的距离时域和方位时域信号；步骤2：对所述距离时域和方位时域信号依次进行解调、距离向脉冲压缩，得到脉压后的距离时域和方位时域信号；步骤3：从机载雷达的惯导信息中提取运动误差；步骤4：使用所述运动误差对脉压后的距离时域和方位时域信号，进行沿距离空变的包络补偿，以校正距离时域和方位时域信号随着距离线性空变的包络偏移，包络补偿后的距离时域和方位时域信号；步骤5：采用RMA算法，对相位补偿后的距离时域和方位时域信号进行徒步校正，在校正过程中保留距离时域和方位时域信号的方位向信息，获得徙动校正后的距离时域和方位时域信号；步骤6：对徙动校正后的距离时域和方位时域信号在距离向和方位向上进行块划分，并沿方位向估计每块的第一子孔径相位误差，将位于同一距离向的第一子孔径相位误差进行拼接，获得距离向的多块拼接相位误差；步骤7：对每块拼接相位误差进行拟合，得到距离控变的全孔径相位误差；步骤8：将所述全孔径相位误差补偿至包络补偿后的距离时域和方位时域信号中，得到完成运动误差补偿的距离时域和方位时域信号；步骤9：对完成运动误差补偿的距离时域和方位时域信号进行徙动校正，得到完成徙动校正及运动误差补偿的距离时域和方位时域信号；步骤10：对完成徙动校正及运动误差补偿的距离时域和方位时域信号进行方位向子孔径划分，获得多个子孔径信号；步骤11：对每个子孔径信号的理想二次相位调制项以及非空变的多普勒偏移项进行补偿，获得得到完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号；步骤12：对完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号通过线性变标校正空变的多普勒偏移，得到消除多普勒偏移的距离时域和方位频域信号；步骤13：对该信号进行空变的恒定相位误差项校正，得到消除恒定相位误差的距离时域和方位时域信号；步骤14：对所述消除恒定相位误差的距离时域和方位时域信号进行理想二次相位调制共轭项的补偿，得到相位恢复的距离时域和方位时域信号；步骤15：所述相位恢复的距离时域和方位时域信号进行方位向脉冲压缩，得到距离时域和方位频域的聚焦信号，以实现SAR雷达成像图。2.根据权利要求1所述的基于多普勒调整的方位空变补偿方法，其特征在于，所述步骤4包括：将所述运动误差与脉压后的距离时域和方位时域信号进行点乘，以校正距离时域和方位时域信号随着距离线性空变的包络偏移，获得包络补偿后的距离时域信号和方位时域信号。3.根据权利要求1所述的基于多普勒调整的方位空变补偿方法，其特征在于，所述步骤11包括：
步骤111：计算每个子孔径信号的理想的二次相位调制项的补偿函数以及非空变的多普勒偏移补偿函数；步骤112：对每个子孔径信号的理想二次相位调制项使用二次相位调制项的补偿函数进行补偿，以及对非空变的多普勒偏移项，使用多普勒偏移补偿函数进行补偿，获得得到完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号。4.根据权利要求3所述的基于多普勒调整的方位空变补偿方法，其特征在于，所述步骤12包括：步骤121：将所述对完成方位非空变误差补偿的距离时域和方位时域信号进行方位向傅里叶变换；步骤122：对傅里叶变换后的距离时域和方位时域信号通过变标消除线性空变的多普勒偏移，得到消除多普勒偏移的距离时域和方位频域信号。5.根据权利要求1所述的基于多普勒调整的方位空变补偿方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢孟道，周生威，陈潇翔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：