低频合成孔径雷达图像对比相消射频干扰抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种低频合成孔径雷达图像对比相消射频干扰抑制方法，包括三个步骤：(1)基于雷达时频域回波的距离谱均衡和SAR成像，获得图像(2)基于自适应滤波的脉内RFI抑制和SAR成像，获得图像(3)将图像和的像素点的幅度值进行逐点比较，消除残余RFI，得到图像Io(tm,tf)，该图像即为采用图像对比相消法抑制了残余RFI的SAR图像。本发明专利技术利用谱均衡法对RFI抑制性能稳健的特点，结合自适应NLMS滤波法，实现RFI抑制性能上的互补，并且生成的图像无需进行配准，目标的位置不存在误差，能够直接在图像域进行逐点比较，消除残余RFI，运算量小，实时性强，易于工程实现。

Low frequency synthetic aperture radar image contrast cancellation radio frequency interference suppression method

The invention provides a low frequency synthetic aperture radar image contrast cancellation radio frequency interference suppression method includes three steps: (1) when the frequency of radar echo in the distance spectrum equalization and SAR imaging based on the obtained image (2) adaptive filtering in pulse RFI suppression and SAR imaging based on the obtained image (3 pixels) the image and the magnitude of the value of point by point comparison, the elimination of residual RFI, image Io (TM, TF), the image is the image contrast cancellation inhibited SAR image residual RFI. Spectrum equalization method for RFI suppression characteristics of sound by using the invention, combined with the adaptive NLMS filtering method, realize the complementary RFI inhibition performance, and the generated image without registration, the position of the target there is no error, can direct point-to-point comparison in image domain, the elimination of residual RFI, small amount of computation, real time strong, easy to implement in engineering.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种低频合成孔径雷达图像对比相消射频干扰抑制方法。
技术介绍
低频SAR(SyntheticApertureRadar，合成孔径雷达)指雷达工作频率位于VHF(VeryHighFrequency甚高频)/UHF(UltraHighFrequency超高频)频段的SAR，由于该频段存在大量通信、广播、电视信号源，雷达图像会受到具有窄带特性、时变性和空变性的RFI(RadioFrequencyInterference，射频干扰)影响。实验表明，RFI会严重影响SAR图像的质量和后续应用。目前，低频SAR应用RFI抑制方法主要是为了提高SAR成像质量，并以SAR成像质量评价抑制性能。其需要考虑的主要因素是单通道能量较强RFI信号的幅度抑制。根据RFI信号频率是否已知，RFI抑制方法可以分成两类。一是非参数法，典型方法为谱均衡法，基于多个脉冲周期内雷达回波信号的平均幅度谱提取较强RFI的幅度和频率，然后构造距离频域的谱均衡器去除干扰，该类方法的图像信杂比较高，但是难以抑制时变RFI，会在图像上留下残余的杂波；二是参数化方法，通过估计单个脉冲周期内RFI信号的频率、相位和幅度参数重建窄带RFI，然后从雷达回波信号中减去干扰信号，该类方法能够抑制时变RFI，但是由于信噪比对参数估计精度的限制，RFI抑制后的成像结果会在距离时域产生较高的旁瓣，掩盖图像中的弱目标。因此目前在工程中，仍无法同时实现时变RFI抑制和改善成像后目标旁瓣性能。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种低频合成孔径雷达(SAR)图像对比相消射频干扰(RFI)抑制方法，解决低频SAR成像中对时变RFI抑制的问题，改善图像的质量。本专利技术包括如下步骤：第一步，基于雷达时频域回波的距离谱均衡和SAR成像。将接收的方位时域距离时域回波R(tm,tf)进行傅立叶变换，得到方位时域距离频域回波R(tm,fr)，其中tm表示方位向慢时间，tf表示距离向快时间，fr表示距离频率。为了叙述的简明，后文将方位时域距离时域简称为时域，将方位时域距离频域简称为时频域，将方位频域距离频域简称为频域。若无特殊说明，各步骤均对复数回波数据进行操作。具体包括：步骤1.1：计算平均幅度谱取连续的N条时域回波Ri(tm,tf)，其中i＝1,2,…N，对每条时域回波沿距离时域进行傅立叶变换，得到N条时频域回波Ri(tm,fr)，求得平均幅度谱步骤1.2：谱均衡RFI抑制用每条时频域回波Ri(tm,fr)乘以信号带宽内平均幅度谱的倒数对高于信号强度的干扰进行RFI抑制，得到谱均衡后的时频域回波Ri'(tm,fr)：步骤1.3：回波重建对谱均衡后的时频域回波Ri'(tm,fr)在时频域的信号加海明窗，再进行傅立叶逆变换得到RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)；步骤1.4：低频SAR成像对RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)采用低频SAR成像算法，获得谱均衡RFI抑制后的时域图像I1(tm,tf)；所述步骤1.4中低频SAR成像算法可以采用现有技术中多种低频SAR成像算法，如NCS(NonlinearChirpScaling，非线性调频变标)算法、BP(Backprojection，后向投影)算法、omega-K算法等等，只要可以实现低频超宽带SAR成像的算法都可以使用。步骤1.5：图像幅度归一化找到图像I1(tm,tf)中像素点的幅度最大值点max(|I1(tm,tf)|)，对图像进行幅度归一化，得到幅度归一化的时域图像第二步，基于自适应滤波的脉内RFI抑制和SAR成像。步骤2.1：自适应滤波器估计单脉冲内RFI信号可以采用自适应NLMS(NonlinearLeastMeanSquare，非线性最小均方)滤波器，或者自适应RLS(RecursiveLeastSquare，递推最小二乘)滤波器进行RFI估计，只要能够估计单脉冲内时变RFI信号的自适应滤波器都可以用于本专利技术。下面以自适应NLMS滤波器为例进行说明。将接收的时域回波Ri(tm,tf)输入自适应NLMS(NonlinearLeastMeanSquare，非线性最小均方)滤波器进行RFI估计，得到射频干扰信号Si(tm,tf)；自适应RFI抑制的结构由三部分组成：延迟、自适应滤波器估计和误差输出。将距离时域采样点数为L的时域回波信号Ri(tm,tf)作为自适应滤波的输入信号序列X＝[x(0),x(1),…,x(L-1)]，设自适应滤波器长度为M，则第n次估计时取输入信号序列中的连续M个采样点向量构造Xn：Xn＝[x(n-M+1),x(n-M+2),…,x(n)]n∈[0,…,L-1]当n＜M-1时，需要对信号向量的前段Xn补M-n-1个零，然后将Xn延时一个采样周期作为自适应滤波器的参考信号向量：dn(k)＝Xn-1＝[x(n-M),x(n-M+1),…,x(n-1)]n∈[0,…,L-1]Wn(k),k∈[0,…,M-1]为第n个循环中自适应滤波器的系数向量，H表示共轭转置。第n个循环的干扰估计值为：y(n)＝WnH(k)dn(k)自适应滤波器输出的估计误差为：e(n)＝x(n)-y(n)采用NLMS算法迭代更新自适应滤波器的系数，定义：上式中，为了避免分母为零，引入了一个很小的常数δ＞0，||·||表示欧式范数，*表示复共轭，μ表示步长，可取：其中λmax为参考信号向量dn(k)自相关矩阵的最大特征值。自适应滤波器顺序输出的y(n),n∈[0,…,L-1]构成了时域的RFI估计信号Si(tm,tf)。步骤2.2：回波时域对消用Ri(tm,tf)减去Si(tm,tf)，得到Ri”(tm,tf)为RFI抑制后的时域信号。步骤2.3：低频SAR成像对RFI抑制后的时域信号Ri”(tm,tf)采用与第一步相同的低频SAR成像算法，获得自适应RFI抑制后的时域图像I2(tm,tf)。步骤2.4：图像幅度归一化找到图像中像素点的幅度最大值点，对图像进行幅度归一化后，得到幅度归一化的时域图像第三步，图像对比相消。对第一步和第二步获得的时域图像和的像素点的幅度值进行逐点比较，取出幅度值相对较小的像素点值，并将其存储到新图像的相同位置上，再将新图像中像素点的幅度值等比例放大，得到256级灰度图，并转换为bmp(Bitmap，位图)图像Io(tm,tf)，该图像即为采用图像对比相消法抑制了残余RFI的SAR图像。综上所述，本专利技术利用谱均衡法对RFI抑制性能稳健的特点，结合自适应NLMS滤波法抑制谱均衡法不能抑制的时变RFI信号，实现RFI抑制性能上的互补，两种算法均具有结构简单、鲁棒性强、实时性强和易于实现的优点，生成的图像无需进行配准，目标的位置不存在误差，能够直接在图像域进行逐点比较，消除残余RFI，算法运算量小，实时性强，易于工程实现。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的原理流程示意图；图2为本专利技术的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频合成孔径雷达图像对比相消射频干扰抑制方法，包括如下步骤：第一步、基于雷达时频域回波的距离谱均衡和SAR成像，具体包括：步骤1.1、取连续的N条时域回波Ri(tm,tf)，其中i＝1,2,…N，对每条时域回波沿距离时域进行傅立叶变换，得到N条时频域回波Ri(tm,fr)，求得平均幅度谱其中tm表示方位向慢时间，tf表示距离向快时间，fr表示距离频率；步骤1.2、用每条时频域回波Ri(tm,fr)乘以信号带宽内平均幅度谱的倒数对高于信号强度的干扰进行RFI抑制，得到谱均衡后的时频域回波步骤1.3、对谱均衡后的时频域回波Ri'(tm,fr)在时频域的信号加海明窗，再进行傅立叶逆变换得到RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)；步骤1.4、对RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)采用低频SAR成像算法，获得谱均衡RFI抑制后的时域图像I1(tm,tf)；步骤1.5、找到图像I1(tm,tf)中像素点的幅度最大值点max(|I1(tm,tf)|)，对图像进行幅度归一化，得到幅度归一化的时域图像第二步、基于自适应滤波的脉内RFI抑制和SAR成像，具体包括：步骤2.1、将接收的时域回波Ri(tm,tf)输入自适应NLMS滤波器进行RFI估计，得到射频干扰信号Si(tm,tf)；步骤2.2、用Ri(tm,tf)减去Si(tm,tf)，得到RFI抑制后的时域信号Ri”(tm,tf)；步骤2.3、对RFI抑制后的时域信号Ri”(tm,tf)采用与第一步相同的低频SAR成像算法，获得自适应RFI抑制后的时域图像I2(tm,tf)；步骤2.4、找到图像I2(tm,tf)中像素点的幅度最大值点max(|I2(tm,tf)|)，对图像进行幅度归一化后，得到幅度归一化的时域图像第三步、对第一步和第二步获得的时域图像和的像素点的幅度值进行逐点比较，取出幅度值相对较小的像素点值，并将其存储到新图像的相同位置上，再将新图像中像素点的幅度值等比例放大，得到256级灰度图，并转换为bmp图像Io(tm,tf)，所述图像Io(tm,tf)即为采用图像对比相消法抑制了残余RFI的SAR图像。...

【技术特征摘要】
1.一种低频合成孔径雷达图像对比相消射频干扰抑制方法，包括如下步骤：第一步、基于雷达时频域回波的距离谱均衡和SAR成像，具体包括：步骤1.1、取连续的N条时域回波Ri(tm,tf)，其中i＝1,2,…N，对每条时域回波沿距离时域进行傅立叶变换，得到N条时频域回波Ri(tm,fr)，求得平均幅度谱其中tm表示方位向慢时间，tf表示距离向快时间，fr表示距离频率；步骤1.2、用每条时频域回波Ri(tm,fr)乘以信号带宽内平均幅度谱的倒数对高于信号强度的干扰进行RFI抑制，得到谱均衡后的时频域回波步骤1.3、对谱均衡后的时频域回波Ri'(tm,fr)在时频域的信号加海明窗，再进行傅立叶逆变换得到RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)；步骤1.4、对RFI抑制后的时域信号Ri'(tm,tf)采用低频SAR成像算法，获得谱均衡RFI抑制后的时域图像I1(tm,tf)；步骤1.5、找到图像I1(tm,tf)中像素点的幅度最大值点max(|I1(tm,tf)|)，对图像进行幅度归一化，得到幅度归一化的时域图像第二步、基于自适应滤波的脉内RFI抑制和SAR成像，具体包括：步骤2.1、将接收的时域回波Ri(tm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李悦丽，黎向阳，安道祥，黄晓涛，范崇祎，刘晓聪，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43