一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，包括步骤1、获取成像相位差、同步补偿相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位，估计同步信号的信噪比；步骤2、对成像相位差降采样，提取其高阶项相位用于训练超完备字典，学习高精度成像相位的结构原型；步骤3、分离同步补偿相位的线性项和高阶项，运用正交匹配追踪算法对同步补偿相位的高阶项进行稀疏编码；步骤4、运用同步信号的信噪比确定相关参数，使用最大后验概率估计对同步补偿相位的高阶项进行去噪，与同步补偿相位的线性项求和，得到去噪后的同步补偿相位；步骤5、对去噪后的同步补偿相位升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度的同步补偿相位。相位。相位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其是基于压缩感知的双基SAR(Synthetic Aperture Radar,SAR)相位同步精度提升方法。

技术介绍

[0002]双基合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)系统是一种收发分置的微波成像系统，相比于传统的单基SAR，双基SAR因其丰富的观测模式、多样的系统构型、灵活的基线配置、良好的电磁隐蔽和广泛的应用领域等独特优势而倍受关注，已经成为微波遥感和对地观测领域的重点发展方向。
[0003]然而收发分置构型给予双基SAR系统上述优势的同时，也带了新的困难和挑战，例如相位同步问题。由于不同平台使用不同的频率源，因此频率源的偏差会在辅星接收到的回波信号中产生附加的残余调制相位，该调制项会造成目标散焦、成像位置偏移等问题，因此相位同步是双基SAR系统中需要解决的关键问题。目前先进的相位同步方案是我国陆地探测一号(LT
‑
1)卫星采用的非中断相位同步方案，通过雷达信号接收窗结束时刻和下一脉冲重复间隔开始时刻之间的时隙交换同步信号，从而避免了打断正常的数据采集，同时大大提高了同步频率。
[0004]理想情况下，经过相位补偿后，系统频率偏差导致的相位误差可以被消除。但事实上，同步信号会受到链路中的热噪声，自由空间衰减，多径效应等的影响，同步相位会受到噪声污染，导致同步精度下降。
[0005]在非中断相位同步方案框架下，为了减小噪声的干扰，同步精度可以通过相干累积进一步提升。然而，当同步频率较低时，同步精度会随信号的失相干而下降。此外，信号的相干性和平均数之间存在折衷，平均数的选择需要相当谨慎。现有的相位去噪方案如Kalman滤波方法，在一定程度上提高了相位同步的精度。但是Kalman滤波器通过结合观测值与预测值对当前状态进行估计，其中的预测值是源于对上一状态的估计，因此当前状态的估计值存在一定的时间滞后性，这便限制了同步精度的进一步提升。通过压缩感知的方法学习高精度成像相位中的先验信息，而后运用最大后验概率估计消除噪声分量，是提升双基SAR相位同步精度的一种可靠方案。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，能够降低同步补偿相位中的噪声分量，有效提升双基SAR相位同步精度。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、获取成像相位差、同步补偿相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位，并估计同步信号的信噪比；
[0010]步骤2、对成像相位差进行降采样，并通过最小二乘法提取其高阶项；将高阶项相
位用于训练超完备字典，学习高精度成像相位的结构原型和先验信息；
[0011]步骤3、通过最小二乘法分离同步补偿相位的线性项和高阶项，并运用正交匹配追踪算法对同步补偿相位的高阶项进行稀疏编码；
[0012]步骤4、运用同步信号的信噪比确定相关参数，使用最大后验概率估计对同步补偿相位的高阶项进行去噪处理，并与同步补偿相位的线性项求和后，得到去噪后的同步补偿相位；
[0013]步骤5、对去噪后的同步补偿相位进行升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度的同步补偿相位。
[0014]进一步地，所述步骤2包括：
[0015]使用三次条样插值方法对成像相位差进行降采样，并通过最小二乘法对降采样后的成像相位差进行一次多项式拟合，从成像相位差中减去拟合出的线性相位，从而提取出其中的高阶项。
[0016]进一步地，所述步骤2中的将高阶项相位用于训练超完备字典，学习高精度成像相位的结构原型和先验信息，具体为：
[0017]将高阶项相位输入到K
‑
SVD算法中，通过交替优化策略训练出包含高精度成像相位结构原型和先验信息的超完备字典。
[0018]进一步地，所述步骤4包括：
[0019]运用同步信号的信噪比确定近似度权重，并将近似度权重、超完备字典以及同步补偿相位的稀疏系数输入到最大后验概率估计模型中，消除同步补偿相位的高阶项中的噪声分量，而后与同步补偿相位的线性项求和后，得到去噪后的同步补偿相位。
[0020]进一步地，所述步骤5包括：
[0021]使用三次条样插值方法对去噪后的同步补偿相位进行升采样，然后随时间变化的补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，即得到高精度的同步补偿相位，用于对双基SAR数据相位的精确补偿，进而实现精确成像和干涉处理。
[0022]有益效果：
[0023]相比于现有的相干累积方法，本专利技术无需考虑失相干和平均数选取敏感的问题。相比于Kalman方法，本专利技术从相位结构原型出发重建同步补偿相位，从而避免了时间滞后性的问题。此外，本专利技术还通过学习字典获取了成像相位差中的先验信息，获得了更高精度的相位同步效果。
附图说明
[0024]图1为基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法流程；
[0025]图2为陆地探测一号非中断相位同步方案地面验证系统硬件结构示意图；
[0026]图3为安装在陆地探测一号卫星上的四臂螺旋天线实物图；
[0027]图4a，图4b为未进行同步补偿相位去噪的残余相位误差及其统计直方图；其中，图4a为残余相位误差图，图4b为统计直方图；
[0028]图5a，图5b为进行同步补偿相位去噪后的残余相位误差及其统计直方图，其中，图5a为残余相位误差图，图5b为统计直方图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0030]根据本专利技术的实施例，如图1所示，本专利技术的一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，包括如下步骤：
[0031]步骤101：获取成像相位差、同步补偿相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位，并估计同步信号的信噪比。
[0032]在非中断相位同步方案地面验证系统中，双基SAR雷达信号通过光学延迟线传输。对成像回波进行脉压后，其相位差可以表示为：
[0033][0034]其中，和分别表示主星和辅星成像回波脉压后的峰值相位。
[0035]主辅星通过雷达信号接收窗结束时刻和下一脉冲重复间隔开始时刻之间的时隙交换同步信号，将两组同步信号进行脉压后，估计其信噪比SNR，然后提取其峰值位置处的相位分别表示为和和的差值用于获取同步补偿相位：
[0036][0037]从雷达接收回路CR、参考回路RE、同步发射回路ST和同步接收回路SR中提取由硬件系统引入的相位误差，即内定标补本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，其特征在于，该方法包括：步骤1、获取成像相位差、同步补偿相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位，并估计同步信号的信噪比；步骤2、对成像相位差进行降采样，并通过最小二乘法提取其高阶项；将高阶项相位用于训练超完备字典，学习高精度成像相位的结构原型和先验信息；步骤3、通过最小二乘法分离同步补偿相位的线性项和高阶项，并运用正交匹配追踪算法对同步补偿相位的高阶项进行稀疏编码；步骤4、运用同步信号的信噪比确定相关参数，使用最大后验概率估计对同步补偿相位的高阶项进行去噪处理，并与同步补偿相位的线性项求和后，得到去噪后的同步补偿相位；步骤5、对去噪后的同步补偿相位进行升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度的同步补偿相位。2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的双基SAR相位同步精度提升方法，其特征在于，所述步骤2包括：使用三次样条插值方法对成像相位差进行降采样，并通过最小二乘法对降采样后的成像相位差进行一次多项式拟合，从成像相位差中减去拟合出的线性相位，从而提取出其中的高阶项。...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永华，李俊峰，王宇，刘开雨，张衡，陆萍萍，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：