一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法技术

本发明专利技术公开了一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，包括：步骤1、获取主辅星粗同步相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位；步骤2：将粗同步相位对方位向时间求导，获得瞬时频率；步骤3：采用迭代重加权最小二乘法消除瞬时频率的线性频率，获得异常抖动频率，并通过阈值将异常抖动频率三值化；步骤4：设计卷积核，通过互相关运算检测三值瞬时频率中的异常抖动；步骤5：运用线性预测模型预测异常抖动处的相位，从而辅助相位解缠绕；步骤6：对消除抖动后的粗同步相位进行升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度同步补偿相位。本发明专利技术能够消除因射频干扰导致的相位抖动，有效提升双基SAR相位同步精度。有效提升双基SAR相位同步精度。有效提升双基SAR相位同步精度。

【技术实现步骤摘要】
一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种双基SAR（Synthetic Aperture Radar）同步相位异常抖动检测与消除方法。

技术介绍

[0002]作为一种收发分置的微波成像系统，双基合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）系统以其丰富的观测模式、多样的系统构型、灵活的基线配置、良好的电磁隐蔽和广泛的应用领域等独特优势在微波遥感学界倍受关注，为未来多基SAR系统和SAR卫星星座组网运行奠定了理论和技术基础。
[0003]同步相位是双基SAR系统的关键组成部分，其同步精度将直接关系到双基SAR图像的质量和全球数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）的精度。然而，由于电磁环境日益复杂，电磁波频谱资源日渐紧张，同步信号易受到空间和地面射频干扰的影响，导致同步相位中出现异常抖动。若不经剔除，该异常抖动将对SAR信号的方位向带来额外的调制，严重时会导致目标散焦和干涉测高精度降低，因此同步相位异常抖动检测与消除也是双基SAR相位同步系统中亟需解决的关键问题。
[0004]经典的研究多从信号抗干扰方面着手缓解相位抖动问题，如频域陷波、特征值分解等，但是仍然因为对射频干扰的漏检而难以实现相位抖动的完全消除。从脉压后提取的同步相位着手，直接对同步相位进行处理，根据异常抖动的特征进行特征匹配，从而检测并消除相位抖动，或为解决该问题的一种可靠方案。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的主要目的在于提供一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，能够消除因射频干扰导致的相位抖动，有效提升双基SAR同步相位精度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，包括如下步骤：步骤1、获取主辅星粗同步相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位；步骤2：将粗同步相位对方位向时间求导，获得瞬时频率；步骤3：采用迭代重加权最小二乘法消除瞬时频率中的线性频率，获得异常抖动频率，并通过阈值将异常抖动频率三值化。
[0007]步骤4：设计卷积核，通过互相关运算检测三值瞬时频率中的异常抖动；步骤5：运用线性预测模型预测异常抖动处的相位，从而辅助相位解缠绕；步骤6：对消除抖动后的粗同步相位进行升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度同步补偿相位。
[0008]有益效果：相比于现有的从处理流程前端消除干扰影响的算法，例如频域陷波方法和特征值
分解方法等，本专利技术选择从处理流程末端“堵截”射频干扰带来的同步相位异常抖动，从而避免前端处理中遗漏干扰成分传递到双基SAR回波中，从而可以达到更好的相位同步效果。
附图说明
[0009]图1为本专利技术的一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法流程图；图2a，图2b为未进行异常抖动消除的粗同步相位及其瞬时频率图；其中，图2a为同步相位图，图2b为瞬时频率图；图3为设计的不同长度的卷积核的示意图；其中，图中（a）为卷积核，图中（b）为卷积核，图中（c）为卷积核，图中（d）为卷积核；图4a，图4b为进行异常抖动消除后的粗同步相位及其瞬时频率图；其中，图4a为同步相位图，图4b为瞬时频率图。
具体实施方式
[0010]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0011]根据本专利技术的实施例，如图1所示，一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，包括如下步骤：步骤101：获取主辅星粗同步相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位。
[0012]双基SAR系统工作时，主星发射同步信号，辅星接收并记录该信号。随后切换为辅星发射主星接收并记录。以主星发射辅星接收为例，当考虑同步链路中的非理想因素时，从脉冲压缩后的同步信号峰值处提取的粗同步相位可以表示为：脉冲压缩后的同步信号峰值处提取的粗同步相位可以表示为：，其中，表示方位向时间，表示可由二次多项式表示的相位，表示三次及以上的残余相位，表示异常抖动的相位。可以进一步表示为：可以进一步表示为：，其中，表示二次多项式的系数。三次及以上的残余相位较小，可以视为服从正态分布噪声。
[0013]从雷达接收回路CR、参考回路RE、同步发射回路ST和同步接收回路SR中提取由硬件系统引入的相位误差，即内定标补偿相位：
，其中，、、、和分别表示回路CR、RE、ST、SR的相位。上标和表示相位分别采集于主星和辅星。
[0014]在轨运行时，卫星处于高速运动状态，卫星间的多普勒频率为，其中表示主星和辅星之间的相对速度，表示光速，表示载频。因此多普勒补偿相位可以表示为：偿相位可以表示为：，其中，为同步信号传输时间。
[0015]步骤102：将粗同步相位对方位向时间求导，获得瞬时频率。
[0016]将提取的粗同步相位对方位向时间求导，得到瞬时频率：得到瞬时频率：，其中，和分别表示线性频率和异常抖动频率：分别表示线性频率和异常抖动频率：，，，其中，表示多项式的阶数。
[0017]由残余相位产生的频率成分较小，一般可以忽略。
[0018]步骤103：采用迭代重加权最小二乘法消除瞬时频率中的线性频率，获得异常抖动频率，并通过阈值将异常抖动频率三值化。
[0019]设时间序列的向量形式为，其中表示矩阵的转置，其中，表示第个时间采样点，为时间序列的总长度；设瞬时频率的向量形式为；进一步设，，为中间参数，其中为全1向量；令系数向量，其中，和分别表示公式（2）中多项式的一阶和二阶系数，则通过迭代重加权最小二乘法可
获得系数向量最优估计，迭代过程为：迭代过程为：，，，，，其中，表示误差向量，表示对角矩阵，表示范数，表示权重向量，表示权重矩阵，表示迭代重加权最小二乘将收敛到范数最小。
[0020]迭代初值为，当误差或迭代次数达到相应阈值时终止迭代。
[0021]根据系数向量的最优估计，其中，和分别表示多项式系数和的估计值。可以估计出瞬时频率中的线性频率成分：可以估计出瞬时频率中的线性频率成分：，从瞬时频率中减去线性频率成分，获得异常抖动频率：获得异常抖动频率：，设计合适的阈值，将异常抖动频率进行三值化，获得三值异常抖动频率：获得三值异常抖动频率：，其中，表示频率阈值，用于界定正常抖动和异常抖动，可根据卫星时钟精度进行确定。
[0022]步骤104：设计卷积核，通过互相关运算检测三值异常抖动频率中的异常抖动。
[0023]分析异常相位抖动可知，其抖动方式主要表现为两类，一类表现为解缠绕错误相位抖动，另一类为一般性相位抖动，表现为相位单次或多次陡升或陡降，随后回到原相位趋势中。解缠绕错误相位抖动可以在三值异常抖动频率中使用的卷积核进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、获取主辅星粗同步相位、内定标补偿相位和多普勒补偿相位；步骤2：将粗同步相位对方位向时间求导，获得瞬时频率；步骤3：采用迭代重加权最小二乘法消除瞬时频率中的线性频率，获得异常抖动频率，并通过阈值将异常抖动频率三值化，获得三值瞬时频率；步骤4：设计卷积核，通过互相关运算检测三值瞬时频率中的异常抖动；步骤5：运用线性预测模型预测异常抖动处的相位，从而辅助相位解缠绕；步骤6：对消除抖动后的粗同步相位进行升采样后，补偿内定标补偿相位和多普勒补偿相位，得到高精度同步补偿相位。2.根据权利要求1所述的一种双基SAR同步相位异常抖动检测与消除方法，其特征在于，所述步骤3包括：运用迭代重加权最小二乘法对瞬时频率进行一次多项式拟合，然后从瞬时频率中减去拟合结果，获得零均值瞬时频率；随后通过阈值法，将零均值瞬时频率三值化为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永华，李俊峰，陈月升，杨晴月，王亚超，陆萍萍，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：