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一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法
【专利摘要】本发明公开一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法，该方法首先校正回波中的调频率非线性误差信号，然后利用RVP滤波处理将调频率非线性误差和多通道幅相误差相分离，最后分别校正调频率非线性误差通过RVP滤波处理后得到的信号和多通道幅相误差的影响，完成对系统接收回波总的幅相误差的校正。该方法解决了调频连续波线阵成像雷达系统中存在调频率非线性误差和多通道幅相误差使得直接成像造成重建的雷达图像质量降级的问题。
【专利说明】一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法【技术领域】:
[0001]本发明涉及调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)线阵合成孔径雷达系统【技术领域】，具体涉及一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法。
【背景技术】:
[0002]调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave, FMCW)线阵合成孔径雷达系统(Synthetic Aperture Radar, SAR)原理是通过在距离向发射大时宽-带宽的线性调频信号，利用脉冲压缩得到距离向的高分辨；在阵列方向布置天线阵列，通过开关网络控制阵元依次导通完成该方向的数据采集，进而利用孔径合成获得阵列向的高分辨，将两者结合就可以对目标场景进行高分辨率二维成像。
[0003]在实际的FMCW线阵SAR系统中，接收信号与理想模型相比存在以下两个方面的差异:第一，由于发射信号的时宽-带宽都很大，发射机不可能产生十分理想的线性调频信号，其信号调频率具有一定的非线性；第二，阵列SAR系统属于一种多通道系统，每个通道对接收信号的作用相当于对其进行不同的幅度和相位调制。这两个方面综合作用的结果使得实际接收信号存在幅度、相位误差，如不进行校正直接用传统成像算法处理回波数据，非相干叠加的数据会降低成像质量，当幅相误差严重时甚至不能成像。
[0004]对于发射信号调频率非线性校正，主要方法有硬件方法和软件方法。硬件方法直接对发射信号进行处理，主要有预失真VC0、锁相环、DDS等方法；软件方法则是对回波数据进行信号处理，常使用Meta博士提出的误差模型和校正方案(参考文献为Adriano Meta.Signal Processing of FMCff Synthetic Aperture Radar Data[D].[Ph.D.dissertation].Delft University of Technology, 2006),首先估计发射信号的调频率非线性误差，然后进行发射非线性校正，剩余的随目标延时变化的接收非线性通过残余视频相位(Residual Video Phase,RVP)滤波消除,最后进行接收非线性校正得到理想的接收信号。该方法在进行非线性校正的同时完成了 RVP补偿，对于频谱不太大的非线性信号有非常理想的校正结果。但是，该方法适用于单通道系统，并没有考虑多通道系统引入的幅相误差，在多通道系统中不能直接应用该方法进行校正。
[0005]对于多通道幅相误差校正，属于阵列信号处理的基本问题，通常将误差模型建立在以阵列流形矩阵表示的信号和噪声模型中，通过有源的或自校正的方法消除误差对高分辨率谱估计算法的影响。和阵列信号处理中幅相误差校正以一定角度、距离范围内的波达方向估计为目标不同，本文研究的幅相误差校正是以系统应用于雷达成像为目标，即考虑对整个场景中所有目标都进行高精度幅相误差校正以获得整个场景的聚焦图像。按照该思路研究幅相误差补偿的文献主要有以下三篇:韩阔业，王彦平，谭维贤，等.阵列天线微波成像多通道相位误差校正方法[J].中国科学院研究生院学报，2012，29 (5) =630-635.；侯颖妮.基于稀疏阵列天线的雷达成像技术研究[D].[博士论文].中国科学院电子学石开究所，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，这些方法都是基于脉冲体制的，在脉冲体制下不存在发射信号非线性误差问题，而FMCW体制接收时采用解斜方式，这种解斜接收方式造成了不同距离位置的点目标回波信号的非线性部分具有不同的形式，显然上述方法已不适用于FMCW体制下的多通道幅相误差校正了。本发明提供了一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法，该方法可以校正FMCW体制线阵系统存在的调频率非线性误差和多通道幅相误差。

【发明内容】

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于单特显点的调频率非线性误差和多通道幅相误差校正方法。
[0007]根据本发明提出的基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法包括以下步骤:
[0008]步骤S1:通道η观测场景回波采集，在该步骤，发射调频连续波信号起始频率为fo，调频率为K，发射信号中的调频率非线性为ε (t);场景中第h个点目标到通道η的时间延时为τ h(n),雷达散射系数为σ h ;通道η存在的幅度误差为G(η),时延误差为τ (η)。通道η采集的场景回波s (t，η)为:
[0009]
【权利要求】
1.一种基于单特显点的调频连续波线阵幅相误差校正方法，其特征在于，该方法包括步骤: 步骤S1:通道η观测场景回波采集，在该步骤，发射调频连续波信号起始频率为A，调频率为K，发射信号中的调频率非线性为ε (t);场景中第h个点目标到通道η的时间延时为Th(n)，雷达散射系数为σ h;通道n存在的幅度误差为G (η)，时延误差为τ (η)。通道η采集的场景回波s (t，η)为:
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的Kτ (n)t- ε (t)的估计步骤是: 步骤S21:在调频连续波线阵中轴线近距第一位置放置一个参考目标，到通道η的时间延时为τ Jn),雷达散射系数为σ i，采集该参考目标回波si (t, η)
3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的G(n)和τ (η)的估计步骤是:步骤S31:在场景中心放置一特显点目标，其到通道η的时间延时为τΜ?(η)，雷达散射系数为σ Mf,采集该特显点目标回波sraf (t, η):
【文档编号】G01S7/40GK103941242SQ201410216046
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】谭维贤, 杨晓琳, 乞耀龙, 王彦平, 洪文 申请人:中国科学院电子学研究所