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    重庆时时彩8月份历史: 基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法.pdf

    关 键 词:
    基于 滤波 通道 合成孔径雷达 系统 校准 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610959393.8

    申请日:

    2016.11.03

    公开号:

    CN106772281A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01S 7/40申请日:20161103|||公开
    IPC分类号: G01S7/40; G01S13/90 主分类号: G01S7/40
    申请人: 上?;绻こ萄芯克?
    发明人: 陈朝焰; 赵元楠; 吕瑞恒; 田野; 黄伟忠; 潘金波; 李亚乾; 陈德红; 李晨; 杨革文; 雷明兵
    地址: 201108 上海市闵行区元江路3888号
    优先权:
    专利代理机构: 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 代理人: 郭国中
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610959393.8

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法,包括如下步骤:S1、确定基准通道与待校准通道;S2、将数据转换至二维频率域;S3、挑选位于滑动窗内的样本数据;S4、计算滤波器系数;S5、滑窗滤波;S5、将数据变换回二维时域。本发明实现简单,无需迭代操作,通过在二维频率域进行滑窗滤波处理,有效提高了通道间的相关性,最终能提高杂波抑制处理环节的杂波抑制比。本发明适用于对各种不同的多通道合成孔径雷达系统进行通道间幅度和相位误差的补偿,如机载、星载和弹载多通道合成孔径雷达等。

    权利要求书

    1.基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法,其特征在于,包括如下步
    骤:
    S1、确定基准通道与待校准通道:
    从多个并行通道中选定某一个通道作为参考通道,而其它通道为待校准通道;
    S2、利用二维傅里叶变换将参考通道和待校准通道的数据变换至二维频率域;
    S3、挑选位于滑动窗内的样本数据;
    S4、利用滑动窗内的样本计算滤波器系数;
    S5、滑窗滤波:在二维频率域利用滤波器系数对待校准通道进行通道校准;
    S6、利用二维傅里叶逆变换,将校准后的通道数据变换回至二维时域。
    2.如权利要求1所述的基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法,其特
    征在于,所述步骤S1中的待校准通道依据参考通道进行调整。
    3.如权利要求1所述的基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法,其特
    征在于,所述步骤S4中滤波器系数的计算公式为:
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    式中,Zref(kr,ka)和Z2(kr,ka)分别为参考通道和待校准通道的二维频率域数据,(·)*
    表示取复数的共轭操作,kr和ka分别表示距离频率域和多普勒频率域的样本点序号,Ωall为
    二维频率域全体数据的坐标集,Ωwin为落入滑动窗内数据的坐标集,且Ωwin∈Ωall。
    4.如权利要求1所述的基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法,其特
    征在于,所述步骤S5中的滑窗滤波操作描述为:
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    式中,Z2,cal(kr,ka)为待校准通道经过校准后的数据,为滤波器系数,Z2(kr,ka)
    为待校准通道的二维频率域数据。

    说明书

    基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法

    技术领域

    本发明涉及物理领域,具体涉及一种基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通
    道校准方法。

    背景技术

    在合成孔径雷达(SAR)领域,SAR图像中的运动目标通常被淹没于强杂波背景中而
    无法加以辨别。为区分运动目标,需采用多普勒滤波技术,在杂波的多普勒频带外进行检
    测。但SAR系统为了获得比较宽的测绘条带宽度,通常将脉冲重复频率选得比较小,从而预
    留给进行运动目标检测的杂波带外检测区域也很少。再加上SAR回波中的杂波和运动目标
    的多普勒频谱都被严重展宽,故运动目标和杂波的频谱通?;嵊薪坏?,导致单纯地在杂波
    带外进行运动目标检测的性能很有限。为了避免这种限制且能够在杂波带内区域进行运动
    目标检测,最常用且最有效的解决方案是:利用多通道技术所获得的空域自由度完成杂波
    抑制,然后再进行运动目标检测。为了获得较好的杂波抑制性能,通常需要对通道间的幅度
    和相位误差进行补偿,也即需要进行通道校准处理。

    目前,合成孔径雷达中的通道校准技术主要在二维频率域进行。Ender在文献
    “J.H.G.Ender,‘The airborne experimental multi-channel SAR system AER-II,’in
    Proc.EUSAR,Germany,Mar.1996,pp.49–52.”中提出自适应二维校准(A2DC)
    方法,在二维频率域以自适应迭代的方式完成通道校准。此外,Gierull在文献
    “C.H.Gierull,‘Digital channel balancing of along-track interferometricSAR
    data,’DRDC,Ottawa,ON,Canada,Tech.Rep.TM 2003-024,Mar.2003.”中引入了一种称为解
    斜处理(de-trending)的方法,该方法实现简单,但其仅仅补偿了通道间的干涉相位斜面,
    而对于幅度误差则没有进行补偿。因此,对于一些幅度误差补偿也很重要的场合,更倾向于
    选择A2DC方法。另一种有趣的方法是文献“M.Soumekh,‘Signal subspace fusion of
    uncalibrated sensors with application in SAR and diagnostic medicine,’IEEE
    Trans.on Image Process.,vol.8,no.1,pp.127-137,Jan.1999.”中提出的基于信号子空
    间处理(SSP)的通道校准技术,该方法通过将待校准的图像数据投影至由参考图像数据所
    表征的信号子空间中,完成通道间的幅度和相位误差的补偿。由于SSP方法中的信号子空间
    表示与信号投影等操作均很耗时,实际应用中更倾向于选择A2DC方法,但A2DC方法的缺点
    是需要进行迭代操作。

    发明内容

    为解决上述技术问题,本发明提供了一种基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系
    统通道校准方法,通过在二维频率域进行滑窗处理实现通道间的幅度和相位误差补偿,无
    需迭代操作,实现简单。

    本发明的目的通过以下技术方案来实现:基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系
    统通道校准方法,包括如下步骤:

    S1、确定基准通道与待校准通道:

    从多个并行通道中选定某一个通道作为参考通道,而其它通道为待校准通道;

    S2、利用二维傅里叶变换将参考通道和待校准通道的数据变换至二维频率域;

    S3、挑选位于滑动窗内的样本数据;

    S4、利用滑动窗内的样本计算滤波器系数;

    S5、滑窗滤波:在二维频率域利用滤波器系数对待校准通道进行通道校
    准;

    S6、利用二维傅里叶逆变换,将校准后的通道数据变换回至二维时域。

    其中,所述步骤S1中的待校准通道依据参考通道进行调整。

    其中,所述步骤S4中滤波器系数的计算公式为:


    式中,Zref(kr,ka)和Z2(kr,ka)分别为参考通道和待校准通道的二维频率域数据,
    (·)*表示取复数的共轭操作,kr和ka分别表示距离频率域和多普勒频率域的样本点序号,
    Ωall为二维频率域全体数据的坐标集,Ωwin为落入滑动窗内数据的坐标集,且Ωwin∈Ωall。

    其中,所述步骤S5中的滑窗滤波操作描述为:


    式中,Z2,cal(kr,ka)为待校准通道经过校准后的数据,为滤波器系数,Z2
    (kr,ka)为待校准通道的二维频率域数据。

    与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

    1、相比A2DC方法,本发明没有迭代处理步骤,实现简单;

    2、相比SSP方法,本发明在二维频率域进行自适应权值训练,没有繁杂而又耗时的
    信号子空间表示与信号投影等操作,具有方法流程设计简单、速度快和性能好的优点;

    3、相比解斜处理(de-trending)方法,本发明同时补偿了幅度误差和相位误差,具
    有更优的性能。

    附图说明

    图1为本发明实施例提供的基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方
    法的操作流程图。

    图2为校准前后的通道2和参考通道1间的幅度失衡。

    图3为用参考通道1对校准前后的通道2进行归一化后的平均幅度比。

    图4为通道2经校准后的残余相位差。

    具体实施方式

    下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
    人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术
    人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
    的?;し段?。

    如图1所示,本发明实施例提供了一种基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统
    通道校准方法,具体包括如下步骤:

    首先输入多通道的合成孔径雷达数据。出于最优信杂噪比相参处理的考虑,假定
    已经对各通道的数据进行了距离压缩和距离徙动校正等处理。不失一般性,仅考虑对两个
    通道进行校准的情况。

    步骤1、确定基准通道与待校准通道。从多个并行通道中选定某一个通道作为参考
    通道也即主通道,不失一般性,通常选定通道1。而其它通道为待校准通道也即从通道。此
    时,待校准通道依据参考通道进行调整。下面以对通道2进行校准为例对本发明方法进行设
    计。

    步骤2、将数据转换至二维频率域。利用二维傅里叶变换将通道1和通道2的数据变
    换至二维频率域,分别记为Zref(kr,ka)和Z2(kr,ka),kr和ka分别表示距离频率域和多普勒频
    率域的样本点序号。

    步骤3、挑选位于滑动窗内的样本数据。在校准前,需挑选出落入滑动窗内的样本
    数据,用于滤波器系数的计算,实际中通常使用的滑动窗尺寸为3×3、5×5或5×3。

    步骤4、计算滤波器系数。利用滑动窗内的样本估算滤波器系数。滤波器系数的计
    算公式为:


    式中,Ωall为二维频率域全体数据的坐标集,Ωwin为落入滑动窗内数据的坐标集,
    且Ωwin∈Ωall,(·)*表示取复数的共轭操作。

    步骤5、滑窗滤波。在二维频率域利用滤波器系数对通道2进行通道校准,
    该操作描述为:


    式中,Z2,cal(kr,ka)为通道2经过校准后的数据,此时其与参考通道数据间的幅度
    误差和相位误差已经得到了补偿。

    步骤6、将数据变回至二维时域。利用二维傅里叶逆变换,将校准后的通道数据变
    换回至二维时域。此时,待校准通道与参考通道数据间的幅度误差和相位误差均已经得到
    了补偿。

    本发明的有效性可通过下面的实验进行验证。实验所用的X波段实测数据来源于
    某次机载多通道合成孔径雷达实验。为了实现地面运动目标检测的功能,实验系统的天线
    采用沿航向排列配置。雷达参数如下:载波频率9GHz、脉冲重复频率840Hz、多普勒带宽
    530Hz、多普勒中心频率-90Hz、平台速度110m/s、天线子孔径间隔0.4m。实验中使用的实测
    原始数据经SAR成像处理后的图像分辨率约为8m×8m。

    图2-图4对本发明方法和A2DC方法(迭代次数为3)进行了性能对比,检验了采用本
    发明方法和A2DC方法对通道2进行校准前和校准后的通道间的幅度和相位失衡情况。图2中
    显示了四条性能曲线,它们依次为通道1、通道2、经本发明方法校准过的通道2和经A2DC方
    法校准过的通道2处获得的平均幅度谱。图3显示的是平均幅度的比值,其通过将通道1的平
    均幅度谱比上通道2的平均幅度谱(校准前或校准后)获得。为清楚起见,图3中仅仅显示了
    主瓣波束内的结果??梢钥闯?,本发明方法的性能更加接近于理想性能曲线,也即更接近于
    平均幅度比为1的情况。同样的结论也可从图4获得。从图4可以看出,本发明方法的残余相
    位失衡更加接近于理想情况,也即0rad的情况。因此,可以断定本发明方法能获得更好的通
    道校准性能。

    表1给出了本发明方法和A2DC方法的性能比较结果,其采用了杂波抑制比(CSR)作
    为性能指标。试验中,A2DC方法的迭代次数为3。CSR指标的定义为:杂波抑制之前的功率与
    抑制之后的功率之比值。从表1可以看出,本发明方法与A2DC方法相比性能更优。

    表1 性能比较结果


    以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述
    特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影
    响本发明的实质内容。

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