基于杂波相消的hrws sar通道相位偏差校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，更进一步，涉及基于杂波相消的方位多通道高分辨率 宽测绘带（HRWS)合成孔径雷达（SAR)系统通道相位偏差校正方法。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)因其全天时全天候高分辨 率对地观测能力已在海洋监测、农业普查等方面得到了广泛的应用。方位多通道SAR 可有效克服传统单通道SAR系统面临的"最小天线面积"约束，实现高分辨率宽测绘带 (High-Resolution and Wide-Swath，HRWS)对地观测。在该体制下，雷达脉冲重复频率 (Pulse Repetition Frequency，PRF)低于雷达系统各接收通道信号的多普勒带宽，系统需 在成像处理前利用数字波束形成技术进行多普勒谱重构。
[0003] 为保证方位多通道HRWS SAR系统的多普勒谱重构性能，系统需保证良好的通道间 幅相一致性。但在实际系统中，由于空间温度变化等非理想因素的存在，系统通道间通常存 在一定的幅相误差，这将严重影响SAR成像性能。因此，在方位多通道HRWS SAR成像处理 前需对通道间幅相误差进行校正。
[0004] 在方位多通道HRWS SAR系统中，如何实现通道相位偏差的校正是研制人员必须考 虑、无法回避的问题。目前，该问题已成为国内外研究的热点问题。张双喜等人提出了通过 最大化聚焦后图像的对比度估计相位偏差的方法，但该方法运算量大；李真芳等人提出利 用子空间估计理论给出了相位偏差校正算法，但该方法需进行特征值分解，运算量大。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术中存在的上述不足，，提供了一种基于杂波相消的HRWS SAR 通道相位偏差校正方法，该方法利用除参考通道外的信号重构参考通道回波信号，并以此 信号对参考通道实际信号进行杂波相消，以最大化参考通道杂波相消为优化目标，实现通 道间相位偏差估计，消除了方位多通道HRWS SAR面临的相位偏差，实现高精度SAR成像。
[0006] 为了达到上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
[0007] -种基于杂波相消的HRWS SAR通道相位偏差校正方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1，输入多通道HRWS SAR回波数据：将方位多通道HRWS SAR回波数据进行输 入进合成孔径雷达系统，通道个数为M ;
[0009] 步骤2,方位向傅里叶变换：将各通道回波数据进行方位向傅里叶变换；
[0010] 步骤2,选择参考通道：将第1个通道选择为通道相位偏差参考通道；
[0011] 步骤4,计算各通道用于重构参考通道回波的信号分量s ;
[0012] 步骤5,构造杂波相消优化代价函数；
[0013] 步骤6,通过步骤5中得到的杂波相消优化代价函数，将杂波相消问题转为恒模优 化问题；
[0014] 步骤7,以最大化杂波相消为目标，利用经典优化算法，求解恒模优化问题；
[0015] 步骤8,根据步骤7中得到的恒模优化结果，输出通道间相位偏差估计值。
[0016] 优选地，所述步骤4中计算各通道用于重构参考通道回波的信号分量s，包括步骤 如下：
[0017] 步骤4. 1，构造方位多通道HRWS SAR传递函数矩阵H，传递函数矩阵H各行向量分 别为通道m(m = 2,3，"·，Μ)的导向矢量；
[0018] 步骤4. 2,传递函数矩阵H求逆，求得信号重构矩阵P ;
[0019] 步骤4. 3,构造对角矩阵SD，该对角矩阵Sd对角线元素分别为各通道回波信号；
[0020] 步骤4. 4,构造参考通道导向矢量h。；
[0021] 步骤4. 5,将信号重构矩阵P、对角矩阵Sd和参考通道导向矢量h。相乘，获得各通 道用于重构参考通道回波的信号分量s = hPSp
[0022] 优选地，所述步骤5中构造杂波相消优化代价函数，包括如下步骤：
[0023] 步骤5. 1，自变量选为通道间相位偏差；
[0024] 步骤5. 2,计算在步骤5. 1中得到的相位偏差下合成的参考通道信号；
[0025] 步骤5. 3,计算步骤5. 2得到的参考通道信号与实际接收信号的差。
[0026] 优选地，所述步骤6中将杂波相消问题转为恒模优化问题，包括如下步骤：
[0027] 步骤6. 1，求取各通道用于重构参考通道回波的信号分量s的协方差矩阵A ;
[0028] 步骤6. 2,求取各通道用于重构参考通道回波的信号分量s与参考通道实际接收 信号的互相关系数b;
[0029] 步骤6. 3,根据协方差矩阵A和互相关系数b得出恒模优化代价函数f(x)=
，其中，上标H为共辄转置符，
， M-1)为第i个通道的相位偏差，j为虚数单位。
[0030] 优选地，所述步骤7中经典优化算法采用牛顿迭代法。
[0031] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0032] 1、本发明采用从杂波相消原理出发进行的相位偏差估计方法，在国内外尚属首 次，填补了现有技术中的空白；
[0033] 2、本发明具有运算量小的优点；
[0034] 3、本发明有效解决方位多通道HRWS SAR成像处理中面临的相位偏差问题，有效保 障方位多通道HRWS SAR系统成像处理性能，实现高精度SAR成像。
【附图说明】
[0035] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0036] 图1为方位多通道HRWS SAR系统对地观测示意图；
[0037] 图中，坐标系以卫星参考通道天线相位中心（这里假定为通道0)在零方位时刻的 位置为原点，X轴指向卫星速度方向，Z轴背向地心指向发射天线相位中心，Y轴垂直于卫星 轨道平面，构成右手坐标系。r为雷达参考通道天线相位中心到目标T的斜距矢量，斜距矢 量r在零多普勒平面内的投影为r。，其与雷达零多普勒面的夹角Φ称为锥角，W gl^J测绘带 宽。
[0038] 图2为本发明相位偏差估计步骤图。
[0039] 图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为验证本发明的实验数据及成像结果。
【具体实施方式】
[0040] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。
[0041] 实施例
[0042] 本实施例提供了一种基于杂波相消的HRWS SAR通道相位偏差校正方法，包括如 下步骤：
[0043] 步骤1，输入多通道HRWS SAR回波数据：将方位多通道HRWS SAR回波数据进行输 入，通道个数为M ;
[0044] 步骤2,方位向傅里叶变换：将各通道回波数据进行方位向傅里叶变换；
[0045] 步骤2,选择参考通道：将第1个通道选择为通道相位偏差参考通道；
[0046] 步骤4,计算各通道用于重构参考通道回波的信号分量s ;
[0047] 步骤5,构造杂波相消优化代价函数；
[0048] 步骤6,通过步骤5中得到的杂波相消优化代价函数，将杂波相消问题转为恒模优 化问题；
[0049] 步骤7,以最大化杂波相消为目标，利用经典优化算法，求解恒模优化问题；
[0050] 步骤8,根据步骤7中得到的恒模优化结果，输出通道间相位偏差估计值。
[0051] 进一步地，所述步骤4中计算各通道用于重构参考通道回波的信号分量s，包括步 骤如下：
[0052] 步骤4. 1，构造方位多通道HRWS SAR传递函数矩阵H，传递函数矩阵H各行向量分 别为通道m(m = 2,3，"·，Μ)的导向矢量；
[0053] 步骤4. 2,传递函数矩阵H求逆，求得信号重构矩阵P ;
[0054] 步骤4. 3,构造对角矩阵SD，该对角矩阵Sd对角线元素分别为各通道回波信号；
[0055] 步骤4. 4,构造参考通道导向矢量h。；
[0056] 步骤4. 5,将信号重构矩阵P、对角矩阵Sd和参考通道导向矢量h。相乘，获得各通 道用于重构参考通道回波的信号分量s = hPSp
[0057] 进一步地，所述步骤5中构造杂波相消优化代价函数，包括如下步骤：
[0058] 步骤5. 1，自变量选为通道间相位偏差；
[0059] 步骤5. 2,计算在步骤5. 1中得到的相位偏差下合成的参考通道信号；
[0060] 步骤5. 3,计算步骤5. 2得到的参考通道信号与实际接收信号的差。
[0061] 进一步地，所述步骤6中将杂波相消问题转为恒模优化问题，包括如下步骤：
[0062] 步骤6. 1，求取各通道用于重构参考通道回波的信号分量s的协方差矩阵A ;
[0063] 步骤6. 2,求取各通道用于重构参考通道回波的信号分量s与参考通道实际接收 信号的互相关系数b;
[0064] 步骤6. 3,根据协方差矩阵A和互相关系数b得出恒模优化代价函数f(x)= CN 105158759 A 兄明书 4/8 页 xHAx_2real (bHx)，其中，上标H为共辄转置符，
M-1)为第i个通道的相位偏差，j为虚数单位。
[0065] 进一步地，所述步骤7中经典优化算法采用牛顿迭代法。
[0066] 下面结合附图对本实施例进一步描述。
[0067] 参照图1，本实施例的理论分析基础简介如下：
[0068] 假定星载方位多通道HRWS SAR系统共有M个接收通道并沿航向分布，如附图1所 示。在典型星载方位多通道SAR系统参数下，通过对第i通道原始回波补偿一常数相位，其 SAR原始回波即可视为参考通道回波信号的方位时延。
[0069]
(1)
[0070] 其中，S1为第i通道回波信号，τ为快时间，13为方位慢时间，Δ t a, i为第i通道 相对参考通道的相位偏差，下标a代表方位。
[0071] 星载SAR系统采用脉冲体制进行对地观测，这将导致回波信号多普勒谱发生周期 性折叠，即
[0072]
_齡
[0073] 式中，< 为多普勒域回波信号，k为多普勒模糊数，j为虚数单位，fd为多普勒频 率，P