一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多通道SAR的地形散射干扰抑制方法。首先搭建固定滤波器结构的地形散射干扰预滤波处理系统，包括：通道数据FFT模块、固定结构的地形散射干扰滤波模块、通道数据IFFT模块、地形散射干扰协方差矩阵估计模块、加权计算模块和SAR成像处理模块。将通道数据变换至频域后进行滤波处理，并用滤波后的数据构造协方差矩阵对加权向量进行估计，最后通过加权向量与原始通道数据加权计算实现空间‑快时自适应处理。本发明专利技术在能够有效地抑制多径地形散射干扰的同时完好地保存了目标，提高了SAR系统的抗干扰性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法
本专利技术涉及一种干扰抑制方法，特别是一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法。
技术介绍
地形散射干扰(也有文献称之为“热杂波”干扰、“TSJ”)，是干扰源发射的能量经过地面散射之后从雷达天线的旁瓣或者主瓣进入形成的干扰，其能量取决于雷达平台与干扰源的相对位置、传播路径及地面的散射特性。由于一般的雷达天线都可以实现低旁瓣或者超低旁瓣，所以地形散射干扰主要作为主瓣干扰。地形散射干扰严重影响机载雷达的目标检测性能，从90年代中期开始，就有学者研究对其抑制的方法，机载雷达对抗地形散射干扰的方法可以归纳为如下几类：1.空间快时STAP及降秩处理该方法将快拍数引入到自适应处理器中，利用地形散射干扰在距离快时间维内的部分相干性，为了抑制地杂波，还需要进行慢时间维滤波，这样就构成了3DSTAP，计算量是相当繁重，工程实现几乎不可能，许多学者开始了降秩和降维的研究。如GUERCI等为了减少输出信噪比损失，依据互谱来选择子空间，据此提出了一种降秩的多级维纳滤波器，将期望信号投影至相互正交的子空间，该过程不需要知道协方差矩阵的特征结构，也不需要矩阵求逆操作。另外为了保持期望信号的统计特性，Griffiths在此基础上增加了多重约束，通过Mountaintop数据进行验证，证实了该方法可以有效地降低地形散射干扰的能量。2.阵元空间处理Fante等提出了全自适应阵元空间结构的处理器，可以抑制直达波干扰，地杂波，旁瓣干扰及地形散射干扰，又证明了阵元空间与波束空间之间的等效性，而构造的正交波束数目远小于阵元数，从而在波束空间内减少了实施的复杂度。Kogon等人提出来广义旁瓣对消器形式的波束空间对消器来实施地形散射干扰并利用Mountaintop数据进行了性能验证。Seliktar等[7]将慢时间引入到自适应波束综合，使得处理器又具有了抑制地杂波的能力。3.反卷积Nelander等提出了一种反卷积的方法，首先从接收数据短时间间隔里估计出多路径脉冲响应，然后将之与直达信号进行卷积，从而产生干扰信号估计，从主瓣信号中减去干扰信号信号估计，实现抑制干扰的目的。之后他们团队在该方法基础上又添加了阈值函数保证能够得到多路径脉冲响应的最小均方估计。4.随机约束Abramovich等人利用“随机约束”在抑制热杂波的同时保持了冷杂波的抑制能力，冷杂波，也即地面杂波。他们发现在多元低阶自回归冷杂波模型中，随机约束可以保持冷杂波稳态输出，这种方法的问题之一就是计算量比较复杂，实现困难。最先注意到地形散射干扰作用于合成孔径雷达的是胡东辉等人，不过他们提到的干扰信号为与目标SAR发射的线性调频信号，干扰信号与雷达接收到的回波在距离向相关，而在方位向部分相干，从而增加了干扰的干扰功率增益。甘荣兵等探讨了双天线对消弹射式干扰的方法，以及该方法所涉及到的干扰信号相位差估计问题，取得了不错的效果，需要指出的是他所采用的与胡东辉等人的干扰模型一致，即属于转发式干扰。Rosenberg等推导了在SAR中实现空间慢时与空间快时STAP的算法，检验了应用任意约束的多级维纳滤波器在多通道SAR中抑制地形散射干扰的有效性。但存在的问题有在对消散射干扰时的协方差矩阵估计不足导致的目标损失问题。其中，SAR为合成孔径雷达的简称。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法，解决现有技术方法不能很好的避免地形散射干扰的问题。一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法的具体步骤为：第一步搭建固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统，包括：通道数据FFT模块、固定结构的地形散射干扰滤波模块、通道数据IFFT模块、地形散射干扰协方差矩阵估计模块、加权计算模块和SAR成像处理模块。通道数据FFT模块的功能为：将通道数据由时域变换至频域；固定结构的地形散射干扰滤波模块的功能为：基于SAR成像特点构建地形散射干扰滤波器并进行滤波；通道数据IFFT模块的功能为：将通道数据由频域变换至时域；地形散射干扰协方差矩阵估计模块的功能为：根据滤波后通道数据估计地形散射干扰协方差矩阵；加权计算模块功能为：将通道数据与加权向量矩阵相乘；SAR成像处理模块功能为：对加权计算后的通道数据进行SAR成像处理。第二步通道数据FFT处理模块进行FFT处理通道数据FFT处理模块将N通道数据xn,n＝1,...,N分别进行FFT，变换至频域。Xn为变换至频域的数据表示。Xn＝FFT(xn)第三步固定结构的地形散射干扰滤波模块进行滤波处理SAR系统方位分辨率是通过散射源方位向回波相参积累而实现的，当忽略SAR系统天线方位向旁瓣信号的累积时，那么杂波所占据的频带宽度被限制在多普勒带宽，多普勒带宽的频率范围如下式所示其中fdref、frref分别为参考斜距处的多普勒中心频率和多普勒调频率，tm为方位时间，Ts为合成孔径时间。相比较地形散射干扰在方位向是宽带的，当雷达系统在方位向进行过采样时，在将杂波滤除之后，还会为地形散射干扰剩余足够的频带。据此构建方位向带通滤波器如下式所示将变换至频域的各通道数据与该带通滤波器相乘，实现滤波处理，输出滤波后的通道数据Yn为其中，°表示Hadamard积。第四步通道数据IFFT处理模块进行IFFT处理通道数据IFFT处理模块将滤波后的通道数据Yn分别进行IFFT，由频域变换至时域。yn＝IFFT(Yn)第五步地形散射干扰协方差矩阵估计模块对滤波后的地形散射干扰协方差矩阵进行估计将各个通道输出yn按照下式排列y′＝[y1(τ1),…,yN(τ1),…,y1(τL),…,yN(τL)]T∈CLN×1CLN×1为LN*1维的复数向量；y′为通道数据按照顺序排列后的复向量；τi为距离向时间，i＝1,...,L；其中L为距离向采样点数。协方差矩阵估计为H为共轭转置，ILN为LN×LN的单位阵，为对角加载阵，为对角加载特征值。第六步加权计算模块完成引导向量、加权向量计算并完成滤波加权计算模块首先建立杂波空间快时间引导向量如下式所示：其中，τi,i＝1,...,L，为距离向时间，Br为线性调频信号带宽，Tp为脉冲宽度，tm为方位向时间，为空间引导向量，T为转置，λ为波长，d为通道间距，va为速度，Rc为斜距，加权向量为将原始通道数据xn,n＝1,...,N按照如下方式进行排列其中，xn(τm)为第n通道数据的距离向采样数据，m＝1,2,...,L；τm为距离向时间，L为距离向采样点数，滤波输出第七步SAR成像处理模块对滤波输出后的数据完成SAR成像处理对滤波输出后的Z进行SAR成像处理，由于之前已经完成了距离向的脉冲压缩，因此直接进行方位向聚焦处理，方位向聚焦后输出SAR图像。至此完成基于多通道的SAR地形散射干扰抑制。本专利技术针对SAR系统提出的自适应滤波方法能够有效地抑制多径地形散射干扰的同时完好地保存了目标，提高SAR系统的抗干扰性能。具体实施方式一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法的具体步骤为：第一步搭建固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统，包括：通道数据FFT模块、固定结构的地形散射干扰滤波模块、通道数据IFFT模块、地形散射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法，其特征在于具体步骤为：第一步搭建固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统，包括：通道数据FFT模块、固定结构的地形散射干扰滤波模块、通道数据IFFT模块、地形散射干扰协方差矩阵估计模块、加权计算模块和SAR成像处理模块；第二步通道数据FFT处理模块进行FFT处理通道数据FFT处理模块将N通道数据xn,n＝1,...,N分别进行FFT，变换至频域；Xn为变换至频域的数据表示；Xn＝FFT(xn)第三步固定结构的地形散射干扰滤波模块基于SAR成像特点构建地形散射干扰滤波器F(f)并进行滤波，将变换至频域的各通道数据Xn与该带通滤波器相乘，实现滤波处理，输出滤波后的通道数据Yn；第四步通道数据IFFT处理模块进行IFFT处理通道数据IFFT处理模块将滤波后的通道数据Yn分别进行IFFT，由频域变换至时域；yn＝IFFT(Yn)第五步地形散射干扰协方差矩阵估计模块根据滤波后通道数据估计地形散射干扰协方差矩阵

【技术特征摘要】
1.一种基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法，其特征在于具体步骤为：第一步搭建固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统固定滤波器结构的地形散射干扰滤波处理系统，包括：通道数据FFT模块、固定结构的地形散射干扰滤波模块、通道数据IFFT模块、地形散射干扰协方差矩阵估计模块、加权计算模块和SAR成像处理模块；第二步通道数据FFT处理模块进行FFT处理通道数据FFT处理模块将N通道数据xn,n＝1,...,N分别进行FFT，变换至频域；Xn为变换至频域的数据表示；Xn＝FFT(xn)第三步固定结构的地形散射干扰滤波模块基于SAR成像特点构建地形散射干扰滤波器F(f)并进行滤波，将变换至频域的各通道数据Xn与该带通滤波器相乘，实现滤波处理，输出滤波后的通道数据Yn；第四步通道数据IFFT处理模块进行IFFT处理通道数据IFFT处理模块将滤波后的通道数据Yn分别进行IFFT，由频域变换至时域；yn＝IFFT(Yn)第五步地形散射干扰协方差矩阵估计模块根据滤波后通道数据估计地形散射干扰协方差矩阵第六步加权计算模块将通道数据与加权向量矩阵相乘，完成引导向量、加权向量计算并完成滤波，滤波输出Z；第七步SAR成像处理模块对滤波输出后的Z进行SAR成像处理，直接进行方位向聚焦处理，方位向聚焦后输出SAR图像；至此完成基于多通道的SAR地形散射干扰抑制。2.根据权利要求1所述的基于多通道的SAR地形散射干扰抑制方法，其特征在于：在第三步中，固定结构的地形散射干扰滤波模块进行滤波处理的过程为：SAR系统方位分辨率是通过散射源方位向回波相参积累而实现的，当忽略SAR系统天线方位向旁瓣信号的累积时，那么杂波所占据的频带宽度被限制在多普勒带宽，多普勒带宽的频率范围如下式所示其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李然，毕建权，叶佩，陈常平，
申请(专利权)人：北京遥感设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11