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方案

本发明专利技术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。本发明专利技术实现简单，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。本发明专利技术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。

Channel calibration method for multi-channel synthetic aperture radar system based on sliding window filtering

The invention discloses a sliding window filter for multi channel synthetic aperture radar system based on channel calibration method, which comprises the following steps: S1, to determine the reference channel and calibrating channel; S2, converting the data to two-dimensional frequency domain; S3, located in the selected sample data in the sliding window; S4 and S5, the filter coefficients are calculated; sliding window filter; S5, convert the data into two-dimensional time domain. The invention has the advantages of simple operation, no iterative operation, and improved filtering correlation between channels through sliding window filtering in the two-dimensional frequency domain, and finally, the clutter suppression ratio of the clutter suppression processing can be improved. The invention is suitable for compensating the amplitude and phase errors between different multi-channel synthetic aperture radar systems, such as airborne, spaceborne, and missile borne multi-channel synthetic aperture radar.

【技术实现步骤摘要】
基于滑窗滤波的多通道合成孔径雷达系统通道校准方法
本专利技术涉及物理领域，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。
技术介绍
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常会有交叠，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,‘Theairborneexperimentalmulti-channelSARsystemAER-II,’inProc.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,‘Digitalchannelbalancingofalong-trackinterferometricSARdata,’DRDC,Ottawa,ON,Canada,Tech.Rep.TM2003-024,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,‘SignalsubspacefusionofuncalibratedsensorswithapplicationinSARanddiagnosticmedicine,’IEEETrans.onImageProcess.,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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术具有以下有益效果：1、相比A2DC方法，本专利技术没有迭代处理步骤，实现简单；2、相比SSP方法，本专利技术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，本专利技术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为本专利技术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专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术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进行校准为例对本专利技术方法进行设计。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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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

【技术特征摘要】
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：

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31