确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法技术

本发明专利技术提供了一种确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法。该方法包括：在三维空间中分布阵列天线和点目标P，接收输入的阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)；基于该阵列天线及该阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)建立阵列天线信号模型，生成所述点目标P的回波信号srnm(t)；对所述点目标P的回波信号srnm(t)进行匹配滤波处理得到sonm(t)；根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在跨航向、航迹向和高程向上的点扩展函数、峰值旁瓣比和积分旁瓣比。本发明专利技术能够总体上定量分析阵元位置误差对三维图像成像质量的影响，从而为测量设备及运动补偿算法的选择提供参考依据。

【技术实现步骤摘要】
确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法
本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种确定阵元位置误差对阵列天线成像质量影响的方法。
技术介绍
合成孔径雷达在遥感领域得到了广泛的应用。在实际应用中，大多采用机载合成孔径雷达进行遥感成像。但是由于飞机在飞行的过程中受大气扰动等外部环境影响，不能实现直线匀速运动，这会导致合成孔径雷达的回波相位噪声和误差增大，相应地会引起合成孔径雷达成像指标的恶化。虽然目前已经存在许多考虑这些误差并相应地进行运动补偿的技术方案，但是器件本身存在的阵元位置误差也会导致图像质量恶化。现有技术中一般都考虑器件在一维或二维成像时阵元位置误差对成像质量的影响。然而，在实现本专利技术的过程中，申请人发现现有技术还无法确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法。该方法包括：步骤A，在三维空间中分布阵列天线和点目标P，接收输入的阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)；步骤B，基于该阵列天线及该阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)建立阵列天线信号模型，生成点目标P的回波信号srnm(t)；步骤C，对点目标P的回波信号srnm(t)进行匹配滤波处理得到sonm(t)；步骤D，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)、峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx；步骤E，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)、峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy；以及步骤F，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在高程向上的点扩展函数Sz(zl)、峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz。其中，其中，点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)及峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx，在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)及峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy，在高程向上的点扩展函数Sz(zl)及峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz即为阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)对阵列天线成像质量的影响。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术确定阵元位置误差对阵列天线成像质量影响的方法能够总体上定量分析阵元位置误差对三维图像成像质量的影响，从而为测量设备及运动补偿算法的选择提供参考依据，以便得到符合要求的三维图像。附图说明图1是本专利技术提供的阵元位置误差对阵列天线成像质量影响的分析流程图；图2是阵列天线雷达成像阵元位置误差几何示意图；图3是点目标P在跨航向的点扩展函数求解几何示意图；图4是点目标P在航迹向的点扩展函数求解几何示意图；图5是点目标P在高程向的点扩展函数求解几何示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种确定阵元位置误差对阵列天线成像质量影响的方法。图1是本专利技术提供的阵元位置误差对阵列天线成像质量影响的分析流程图。请参照图1，本实施例包括：步骤A，在三维空间中分布阵列天线和点目标P，接收输入的阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)；图2是阵列天线雷达成像阵元位置误差几何示意图。如图2所示，x轴代表跨航向，y轴代表航迹向，z轴代表高程向；阵列天线包含N个沿跨航向分布、间距为dv的阵元An，该N个阵元An以速度V沿y轴正方向运动并在y轴上有M个采样位置，采样间距为du。在第m个航迹向采样位置处，每个阵元位置的测量值为(xnm，ynm，znm)，输入的测量误差在跨航向、航迹向和高程向的分量分别为Δxnm、Δynm和Δznm，则每个阵元的实际位置为(xnm+Δxnm，ynm+Δynm，znm+Δznm)，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，N；观测场景中包含一个点目标P，假定其坐标为(xp，yp，zp)。步骤B，基于该阵列天线及该阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)建立阵列天线信号模型，生成点目标P的回波信号srnm(t)；回波信号srnm(t)的表达式如下：其中，σ为点目标P的散射系数；t为信号传播方向的时间变量；Rnm为天线阵元到点目标P的距离；T为脉冲宽度；fc为信号中心频率；c为电磁波在空气中传播的速度；K为调制频率，等于信号带宽B除以脉冲宽度T；rect(·)为矩形窗函数：当t∈[-T/2，T/2]，当t为其他值，步骤C，对点目标P的回波信号srnm(t)进行匹配滤波处理得到sonm(t)；该步骤C进一步包括：子步骤C1，将回波信号srnm(t)与本振信号sl(t)做下混频(即与sl(t)的共轭sl*(t)相乘)，得到基带回波信号srbnm(t)；sl(t)＝exp(2jπfct)(3)sl*(t)＝exp(-2jπfct)(4)子步骤C2，对基带回波信号srbnm(t)进行傅里叶变换，得到srbnm(f)；子步骤C3，将srbnm(f)乘以参考信号sMF(f)进行匹配滤波，得到sonm(f)，其中：子步骤C4，对sonm(f)再进行傅里叶逆变换，得到匹配滤波后的信号sonm(t)，其中：sonm(t)＝σsinc(t-2Rnm/c)exp(-4jπfcRnm/c)(9)步骤D，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)、峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx；该步骤D进一步包括如下步骤：子步骤D1，计算点扩展函数Sx(xi)的位置坐标(xi＝xp+i·dx，yp，zp)，其中，dx＝dv·Nx/2，i∈[-Nx·N，Nx·N-1]，i∈Z，ceil(·)表示对小数向上取整，H＝max(znm)，为阵元在跨航向的波束宽度，如图3所示；子步骤D2，沿x轴对匹配滤波后的回波信号sonm(t)进行相干累积，计算点扩展函数Sx(xi)在x轴上的分量Sxm(xi)；该子步骤D2具体为：根据Sx(xi)位置(xi，yp，zp)到天线阵元的距离计算这些位置在sonm(t)中对应的数值，并乘以补偿相位再沿着x轴累积求和，得到Sxm(xi)如下：其中，子步骤D3，沿y轴方向对点扩展函数Sx(xi)在x轴上的分量Sxm(xi)进行累积求和，得到点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)：子步骤D4，由点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)计算点目标P在跨航向上的峰值旁瓣比PSLRx及积分旁瓣比ISLRx；该子步骤D4具体包括：子分步骤D4a，对点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)取模，得|Sx(xi)|，找出其最大值Px＝|Sx(xxpeak)|即主瓣峰值，xxpeak即主瓣峰值位置；在xxp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法，其特征在于，包括：步骤A，在三维空间中分布阵列天线和点目标P，接收输入的阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)；步骤B，基于该阵列天线及该阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)建立阵列天线信号模型，生成所述点目标P的回波信号srnm(t)；步骤C，对所述点目标P的回波信号srnm(t)进行匹配滤波处理得到sonm(t)；步骤D，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算所述点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)、峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx；步骤E，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)、峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy；以及步骤F，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在高程向上的点扩展函数Sz(zl)、峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz；其中，所述点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)及峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx，在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)、峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy，在高程向上的点扩展函数Sz(zl)及峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz即为阵元位置测量误差(Δxnm，Δynm，Δznm)对阵列天线成像质量的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种确定阵元位置误差对阵列天线三维成像质量影响的方法，其特征在于，包括：步骤A，在三维空间中分布阵列天线和点目标P，接收输入的阵元位置测量误差(Δxnm,Δynm,Δznm)；步骤B，基于该阵列天线及该阵元位置测量误差(Δxnm,Δynm,Δznm)建立阵列天线信号模型，生成所述点目标P的回波信号srnm(t)；步骤C，对所述点目标P的回波信号srnm(t)进行匹配滤波处理得到sonm(t)；步骤D，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算所述点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)、峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx；步骤E，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)、峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy；以及步骤F，根据匹配滤波后的回波信号sonm(t)计算点目标P在高程向上的点扩展函数Sz(zl)、峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz；其中，所述点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)及峰值旁瓣比PSLRx和积分旁瓣比ISLRx，在航迹向上的点扩展函数Sy(yk)、峰值旁瓣比PSLRy和积分旁瓣比ISLRy，在高程向上的点扩展函数Sz(zl)及峰值旁瓣比PSLRz和积分旁瓣比ISLRz即为阵元位置测量误差(Δxnm,Δynm,Δznm)对阵列天线成像质量的影响；其中，所述步骤A中，所述阵列天线包含N个沿跨航向分布、间距为dv的阵元An，该N个阵元An以速度V沿y轴正方向运动并在y轴上有M个采样位置，采样间距为du，测量获得阵列天线各个阵元的位置(xnm,ynm,znm)，并假定点目标P的坐标为(xp,yp,zp)；所述步骤B中，所述点目标P的回波信号srnm(t)为：其中，σ为点目标P的散射系数；t为信号传播方向的时间变量；Rnm为天线阵元到点目标P的距离；T为脉冲宽度；fc为信号中心频率；c为电磁波在空气中传播的速度；K为调制频率，等于信号带宽B除以脉冲宽度T；rect(·)为矩形窗函数：当t∈[-T/2,T/2]，当t为其他值，所述步骤C进一步包括：子步骤C1，将回波信号srnm(t)与本振信号sl(t)做下混频，得到基带回波信号srbnm(t)；sl(t)＝exp(2jπfct)sl*(t)＝exp(-2jπfct)子步骤C2，对基带回波信号srbnm(t)进行傅里叶变换，得到srbnm(f)；子步骤C3，将srbnm(f)乘以参考信号sMF(f)进行匹配滤波，得到sonm(f)，其中：子步骤C4，对sonm(f)再进行傅里叶逆变换，得到匹配滤波后的信号sonm(t)，其中：sonm(t)＝σsinc(t-2Rnm/c)exp(-4jπfcRnm/c)；所述步骤D具体包括：子步骤D1，计算点扩展函数Sx(xi)的位置坐标(xi＝xp+i·dx,yp,zp)，其中，dx＝dv·Nx/2，i∈[-Nx·N,Nx·N-1]，i∈Z，ceil(·)表示对小数向上取整，H＝max(znm)，为阵元在跨航向的波束宽度；子步骤D2，沿x轴对匹配滤波后的回波信号sonm(t)进行相干累积，计算点扩展函数Sx(xi)在x轴上的分量Sxm(xi)，其具体为：根据Sx(xi)位置(xi,yp,zp)到天线阵元的距离Rxinm，计算这些位置在sonm(t)中对应的数值，并乘以补偿相位再沿着x轴累积求和，得到Sxm(xi)如下：其中，子步骤D3，沿y轴方向对点扩展函数Sx(xi)在x轴上的分量Sxm(xi)进行累积求和，得到点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)：子步骤D4，由点目标P在跨航向上的点扩展函数Sx(xi)计算点目标P在跨航向上的峰值旁瓣比PSLRx及积分旁瓣比ISLRx。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子步骤D3包括：子分步骤D4a，对点目标P在跨航向上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭维贤，丁振宇，王彦平，洪文，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11