多通道星载SAR天线控制误差补偿方法

摘要

本发明公开了一种多通道星载SAR天线控制误差补偿方法，包括如下几个步骤：步骤一：获取天线参数；步骤二：补偿回波信号误差相位；步骤三：方位向信号滤波处理；本发明提出的多通道星载SAR天线控制误差补偿方法能够有效地补偿天线控制误差引起的相位误差，消除了接收通道相位不一致性，抑制了成对回波的出现，提高了图像质量。本发明提出的多通道星载SAR天线控制误差补偿方法通过在时域将原始回波信号与补偿因子相乘，即完成了天线控制误差引起的相位误差补偿，计算效率高。本发明提出的多通道星载SAR天线控制误差补偿方法是在成像处理前对相位误差进行补偿，因此无需对原始成像算法内核做任何修改，通用性强。

主权项

1.一种多通道星载SAR天线控制误差补偿方法，包括如下几个步骤：步骤一：获取天线参数；天线参数包括：接收天线个数M，第k个接收天线相位中心与发射天线相位中心间距d_k，天线中心视角，k＝0,1,…,M-1；步骤二：补偿回波信号误差相位；具体包括以下几个步骤：（1）按帧读入第n帧回波数据；星载SAR每帧回波数据均包括数据头和回波信号两部分，用A_n表示第n帧数据头，用B_n表示第n帧回波信号；其中，n＝0,1,…,N_a-1，N_a为方位向总脉冲数；（2）获取星历控制测量角度；星历控制测量角度包括：偏航角α，俯仰角β，该测量数据包含在每帧数据头A_n中；（3）判断每帧数据属于第几接收通道数据；通过数据头A_n中有固定标示判定该帧数据为第几接收通道数据；（4）构造回波信号相位补偿因子；设该帧数据为第k接收通道数据，则该帧回波信号的相位补偿因子Φ(d_k)为：其中，π为圆周率，λ为工作波长；（5）补偿回波信号误差相位；对第n帧回波信号B_n的每一个元素按照下式(2)进行补偿，并将不同通道补偿后数据分别进行存储；C^(k)(i,m)＝B_n(m)*exp{jΦ(d_k)}        (2)其中，m＝0,1,…,N_r-1，i＝0,1,…,N_a/M-1，N_r为距离向总采样点数，C^(k)为第k通道补偿后的回波信号，是二维复数数组，大小为(N_a/M)×N_r，C^(k)(i,m)表示C^(k)的第i行的第m个元素，B_n(m)表示第n帧信号数据B_n的第m个元素，exp{·}为指数函数，j为虚数单位；（6）重复上述（1）～（5）步，直到所有帧数据读入完毕；步骤三：方位向信号滤波处理；具体包括以下几个步骤：（1）计算各接收通道延迟时间；第k个接收通道延迟时间为：$t_k=\frac{d_k}{2v},k=\mathrm{0,1},···,M-1---\left(3\right)$其中，t_k表示第k个接收天线等效延迟，v为卫星飞行速度；（2）构造补偿矩阵H₁；补偿矩阵H₁为二维复数矩阵，其大小为M×M；$H_1={\left(\begin{array}{cccc}1& 1& ···& 1\\ \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·t_0\}& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·t_1\}& ···& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·t_{M-1}\}\\ \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·{2t}_0\}& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·{2t}_1\}& ···& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·{2t}_{M-1}\}\\ ·& ·& & ·\\ ·& ·& ···& ·\\ ·& ·& & ·\\ \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·(M-1)t_0\}& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·(M-1)t_1\}& ···& \exp \{{\mathrm{j\pi f}}_{\mathrm{PRF}}·(M-1)t_{M-1}\}\end{array}\right)}^{-1}---\left(4\right)$其中，f_PRF表示脉冲重复频率，(·)^-1表示对矩阵求逆操作；（3）构造滤波器H₂；滤波器H₂为二维复数数组，大小为，H₂的第k行的第n个元素H₂(k,n)的计算方法如下：$H_2(k,n)=\exp \{-j2\pi (n-\frac{N_a}{2M})·\frac{f_{\mathrm{PRF}}·M}{N_a}·t_k\}---\left(5\right)$其中，$n=\mathrm{0,1},···,\frac{N_a}{M}-1;$（4）对补偿后回波信号进行补零；对各接收通道补偿后回波信号C^(k)进行(M-1)倍补零处理，得到补零后的回波信号为二维复数数组，数组大小为N_a×N_r，补零公式如下：其中，n＝0,1,…，N_a-1，m＝0,1,…，N_r-1;（5）对各通道补零后的回波信号按列进行滤波处理，得到单通道回波信号D；对中每一列，按下面步骤处理，具体为：对第m列，包括一下几个步骤：a）将各通道补零后的回波信号中的第m列数据分别进行快速傅里叶变换，得到快速傅里叶变换后的数据并将的前个数据和后个数据进行交换，得到零频移中后的数据具体操作如下：$E_m^{\left(k\right)}=\mathrm{FFT}\left({\tilde{C}}_m^{\left(k\right)}\right)---\left(7\right)$$F_m^{\left(k\right)}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}{E}_m^{\left(k\right)}(n+\frac{N_a}{2}),n=\mathrm{0,1},···,\frac{N_a}{2}-1\\ E_m^{\left(k\right)}(n-\frac{N_a}{2}),n=\frac{N_a}{2},\frac{N_a}{2}-1,···,N_a-1\end{array}\right.----\left(8\right)$其中，FFT(·)表示快速傅里叶变换，表示中的第n个元素，表示中的第个元素，表示中的第个元素；b）计算C^(k)的第m列方位向滤波后的频谱，并将其作为D的第m列，具体计算方法如下：$D(n,m)=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}[H_2(k,n_0)·F_m^k\left(n\right)·H_1(k,n_1)]---\left(9\right)$其中，n＝0,1,…，N_a-1，表示n除以取余数，表示n除以取整数部分，D(n,m)表示D的第n的第m个元素，H₂(k,n₀)表示H₂的第k行的第n₀个元素，H₁(k,n₁)表示第k行的第n₁个元素；经过上述步骤后，即完成了回波信号方位向滤波处理；经过误差补偿和方位向滤波处理后得到的无误差的单通道回波信号D直接用于成像处理，得到无误差的高质量SAR图像。