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一種基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法
【專利摘要】本發明公開一種基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法，該方法首先校正回波中的調頻率非線性誤差信號，然后利用RVP濾波處理將調頻率非線性誤差和多通道幅相誤差相分離，最后分別校正調頻率非線性誤差通過RVP濾波處理后得到的信號和多通道幅相誤差的影響，完成對系統接收回波總的幅相誤差的校正。該方法解決了調頻連續波線陣成像雷達系統中存在調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圖像質量降級的問題。
【專利說明】一種基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法【技術領域】:
[0001]本發明涉及調頻連續波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)線陣合成孔徑雷達系統【技術領域】，具體涉及一種基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法。
【背景技術】:
[0002]調頻連續波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)線陣合成孔徑雷達系統(Synthetic Aperture Radar, SAR)原理是通過在距離向發射大時寬-帶寬的線性調頻信號，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，通過開關網絡控制陣元依次導通完成該方向的數據采集，進而利用孔徑合成獲得陣列向的高分辨，將兩者結合就可以對目標場景進行高分辨率二維成像。
[0003]在實際的FMCW線陣SAR系統中，接收信號與理想模型相比存在以下兩個方面的差異:第一，由于發射信號的時寬-帶寬都很大，發射機不可能產生十分理想的線性調頻信號，其信號調頻率具有一定的非線性；第二，陣列SAR系統屬于一種多通道系統，每個通道對接收信號的作用相當于對其進行不同的幅度和相位調制。這兩個方面綜合作用的結果使得實際接收信號存在幅度、相位誤差，如不進行校正直接用傳統成像算法處理回波數據，非相干疊加的數據會降低成像質量，當幅相誤差嚴重時甚至不能成像。
[0004]對于發射信號調頻率非線性校正，主要方法有硬件方法和軟件方法。硬件方法直接對發射信號進行處理，主要有預失真VC0、鎖相環、DDS等方法；軟件方法則是對回波數據進行信號處理，常使用Meta博士提出的誤差模型和校正方案(參考文獻為Adriano Meta.Signal Processing of FMCff Synthetic Aperture Radar Data[D].[Ph.D.dissertation].Delft University of Technology, 2006),首先估計發射信號的調頻率非線性誤差，然后進行發射非線性校正，剩余的隨目標延時變化的接收非線性通過殘余視頻相位(Residual Video Phase,RVP)濾波消除,最后進行接收非線性校正得到理想的接收信號。該方法在進行非線性校正的同時完成了 RVP補償，對于頻譜不太大的非線性信號有非常理想的校正結果。但是，該方法適用于單通道系統，并沒有考慮多通道系統引入的幅相誤差，在多通道系統中不能直接應用該方法進行校正。
[0005]對于多通道幅相誤差校正，屬于陣列信號處理的基本問題，通常將誤差模型建立在以陣列流形矩陣表示的信號和噪聲模型中，通過有源的或自校正的方法消除誤差對高分辨率譜估計算法的影響。和陣列信號處理中幅相誤差校正以一定角度、距離范圍內的波達方向估計為目標不同，本文研究的幅相誤差校正是以系統應用于雷達成像為目標，即考慮對整個場景中所有目標都進行高精度幅相誤差校正以獲得整個場景的聚焦圖像。按照該思路研究幅相誤差補償的文獻主要有以下三篇:韓闊業，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].中國科學院研究生院學報，2012，29 (5) =630-635.；侯穎妮.基于稀疏陣列天線的雷達成像技術研究[D].[博士論文].中國科學院電子學石開究所，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射信號非線性誤差問題，而FMCW體制接收時采用解斜方式，這種解斜接收方式造成了不同距離位置的點目標回波信號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。本發明提供了一種基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法，該方法可以校正FMCW體制線陣系統存在的調頻率非線性誤差和多通道幅相誤差。

【發明內容】

[0006]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于單特顯點的調頻率非線性誤差和多通道幅相誤差校正方法。
[0007]根據本發明提出的基于單特顯點的調頻連續波線陣幅相誤差校正方法包括以下步驟:
[0008]步驟S1:通道η觀測場景回波采集，在該步驟，發射調頻連續波信號起始頻率為fo，調頻率為K，發射信號中的調頻率非線性為ε (t);場景中第h個點目標到通道η的時間延時為τ h(n),雷達散射系數為σ h ;通道η存在的幅度誤差為G(η),時延誤差為τ (η)。通道η采集的場景回波s (t，η)為:
[0009]
【權利要求】
1.一種基于單特顯點的調頻連續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觀測場景回波采集，在該步驟，發射調頻連續波信號起始頻率為A，調頻率為K，發射信號中的調頻率非線性為ε (t);場景中第h個點目標到通道η的時間延時為Th(n)，雷達散射系數為σ h;通道n存在的幅度誤差為G (η)，時延誤差為τ (η)。通道η采集的場景回波s (t，η)為:
2.根據權利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的Kτ (n)t- ε (t)的估計步驟是: 步驟S21:在調頻連續波線陣中軸線近距第一位置放置一個參考目標，到通道η的時間延時為τ Jn),雷達散射系數為σ i，采集該參考目標回波si (t, η)
3.根據權利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的G(n)和τ (η)的估計步驟是:步驟S31:在場景中心放置一特顯點目標，其到通道η的時間延時為τΜ?(η)，雷達散射系數為σ Mf,采集該特顯點目標回波sraf (t, η):
【文檔編號】G01S7/40GK103941242SQ201410216046
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】譚維賢, 楊曉琳, 乞耀龍, 王彥平, 洪文 申請人:中國科學院電子學研究所