专利名称：：一种星载多通道天线sar数据通道幅相误差校正平台的制作方法
技术领域：
：本发明属于信号处理领域，涉及一种信号处理平台，特别涉及一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台。技术背景合成孔径雷达(SAR)卫星近些年来发展迅速，由于SAR卫星不受天气、地理、时间等因素的限制，能够对地进行全天时的观测，且具有一定的穿透力，因而被广泛的应用于军事侦察、资源探测、海洋观测、生态监测等方面。目前星载SAR正朝着多极化、多波段、高分辨率宽测绘带等方向发展。其中，高分辨率宽测绘带是当前星载SAR技术的重要发展方向之一。对于常规的星载SAR条带模式，高方位分辨率和宽观测带之间是一种矛盾的关系，要实现宽观测带，则要牺牲方位向的空间分辨率；而要实现方位向高分辨率，则是以牺牲观测带宽度为代价。为了解决传统星载SAR体制所面临的上述矛盾关系，可以采用基于多通道天线技术的新体制星载SAR系统工作模式，利用空间采样与时间采样的时空等效性原理，同时实现高空间分辨率和宽观测带宽度。图1和图2给出了星载条带SAR和星载多通道天线SAR工作模式。如图l所示，在常规的星载条带SAR模式下，SAR发射一个线性调频脉冲后，经过若干脉冲重复周期的时间，线性调频脉冲经地面散射后形成回波信号返回SAR天线，经雷达接收通道接收后，完成一次脉冲信号的发射和接收。如图2所示，以3个通道接收为例(即星载SAR系统具有三个接收通道)，星载多通道天线SAR工作模式下，在接收雷达回波信号的时候釆用了3个接收通道同时接收。卫星发射一个线性调频脉冲后，历经若干脉冲重复周期的时间，经地面散射后形成回波信号返回SAR天线。此时，星载SAR的3个接收通道同时对回波信号进行接收，当满足偏置相位中心天线(DisplacementPhaseCentreAntenna,DPCA)条件时，利用空间釆样与时间釆样的时空等效性原理，可等效为将脉冲重复频率提高了3倍，从而可以在保证方位向分辨率的同时，实现宽观测带。与常规的星载条带SAR工作模式不同，在星载多通道天线SAR进行数据接收时，雷达回波信号是通过不同的接收通道同时进行接收的。但是，实际中由于工艺水平的限制，每一个接收通道的幅度和相位特性是不相同的，并且它们随着环境温度、信号功率等因素发生变化，从而造成不同通道对信号的相位延时和幅度加权特性的不同，引起数据通道的幅度和相位特性不一致误差(简称幅相误差)，进而导致在成像处理后生成的雷达图像的方位向上，出现成对回波虚假目标，导致主瓣峰值能量下降，空间分辨率变差，积分旁瓣比和峰值旁瓣比指标恶化。
发明内容本发明提供了一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台。本平台利用接收通道幅相定标数据的信息，通过选取一个通道的幅相特性作为标准，其它通道的幅相特性和它进行除法运算，得到其它通道的幅相特性和选做标准通道的幅相特性之间的比值结果，补偿在多通道天线SAR特有的工作模式下，不同接收通道之间幅相特性的差异，使得它们具有同样的幅度和相位特性，同时利用检验反馈模块验证幅相误差校正的效果，将结果反馈到幅相定标模块，幅相定标模块根据反馈信息决定是否重新进行幅相误差定标。本发明可以有效的消除由于接收通道幅相不一致性所造成的方位向上虚假目标的出现，从而提高图像的可读性，具有重要的工程实用价值。本发明提供了一种星载多通道天线SAR数据通道幅相i吴差校正平台，其特征在于，包括幅相定标模块、中间模块、幅相校正模块和检验反馈模块。幅相定标模块将各接收通道的幅相定标数据传递給中间模块；中间模块接收数据后，经过快速傅立叶变换后及一系列除法后，将所得的结果寄存器中的数据输出到幅相校正器模块中，再与多通道天线接收到的各接收通道中的数据在幅相校正器模块中进行幅相校正处理，输出幅相特性一致的数据；检验反馈禾莫块将幅相特性一致的数据保存到二维存储器后，对幅相误差校正后的结果进行检验，根据检验的结果对幅相定标模块进行反馈。幅相定标模块由信号发生器、可变衰减器、n组天线T/R组件、n组低噪声放大器和n组数传设备组成，n为正整数。信号发生器生成标准调频信号，通过可变衰减器进行信号衰减，然后衰减后的信号进入各天线T/R组件后，经过相应的各低噪声放大器进行发大，再通过相应的各数传设备完成信号的记录，并将记录的数据传递给中间模块。中间模块由n组快速傅立叶变换器、n组暂存器、(n-l)组复数除法器和n-l组结果寄存器组成，其中n为天线通道数，且n为正整数。各暂存器暂存幅相定标模块各数传设备输出的数据，各快速傅立叶变换器分别从各暂存器中取出获取的数据进行傅立叶正变换到频域，并选取任意一个通道中的数据作为除数，其它通道数据变换到频域后的数据作为被除数分别传输到各复数除法器中进行复数除法运算，并将所得的结果存放在各结果寄存器。幅相校正模块由(2n-2)组快速傅立叶变换器、(n-l)组复数除法器和n组寄存器组成；其中n为天线通道数，选做标准通道的数据不进行处理，且n为正整数；将多通道天线SAR各接收通道的数据暂存到各寄存器中，除标准通道外其他通道的数据在各快速傅立叶变换器中做正变换到频域；将变换后的各通道数据作为被除数，对应中间^莫块输出的各结果寄存器中的结果作为除数，在各复数除法器中作除法运算，再将各结果输出到相应的各快速傅立叶变换器做逆变换到时域，得到幅相特性一致的数据。检验反馈模块由一组二维存储器、三组快速傅立叶变换器、一组共轭复数乘法器、一组结果寄存器组成；将幅相校正模块得到的幅相特性一致的数据全部输入到二维存储器中存储起来；选取一个距离门数据输入到两个快速傅立叶变换器中做正变换到频域；将变换后的数据输入到共轭复数乘法器中进行共轭相乘，将共轭相乘后的结果输入到快速傅立叶变换器中做逆变换到时域，得到时域滤波结果并进行判断，对幅相定标+莫块进行反馈。本发明是一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其优点在于(1)处理速度高效。在所有的处理结构中基本采用的是并行处理，同时通过增加中间模块，将需要重复调用的结果存放于寄存器中，避免了重复运算，大大提高了处理速度。(2)实用性好。利用了卫星自身接收通道幅相定标的结果，并没有增加卫星的载荷，没有增加工程实现的技术难度。整个平台处理流程简单，思路清晰，效率髙效，效果明显，具有巨大的工程实用价值。(3)移植性好。本平台所利用的器件都为较普通的器件，利用C语言进行开发，可以很方便的移植到各种平台下实现。(4)精度高。利用其中一个通道的幅相特性作为标准，其它通道的幅相特性和它进行除法，这样就可以解决由于幅相定标模块，尤其是信号源自身所带来的误差。(5)利用傅立叶变换到频域进行处理，减少了运算量，提高了处理速度和精度，具有更好的实用性。(6)整个系统形成自适应闭环系统。接收通道幅相特性受环境、温度等外界因素的影响而发生变化。当设备环境、温度等外界因素发生变化而造成接收通道特性发生变化而造成误差校正不理想时，可以通过检验反馈模块检测到变化，并对幅相定标模块发出重新定标的命令，更新幅相定标模块的输出，从而获取精确的补偿效果。(7)针对性强。在检验反馈模块中，从成像的角度考虑通道幅相误差校正效果的好坏，即检验方位向滤波后是否会产生虚假目标。(8)可扩展性强。在检验反馈模块中，可以从其它应用的角度来考虑通道幅相误差校正效果的好坏，进行相应的改进和开发，减少了开发的成本和时间。图1是星载条带SAR的工作模式；图2是星载多通道天线SAR的工作模式；图3是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的模块结构图；图4是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的幅相定标模块的内部结构图；图5是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的中间模块的内部结构图；图6是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的幅相校正模块的内部结构图；图7是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的检验反馈模块的内部结构图；图8是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的幅相定标模块的处理流程图；图9是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的中间模块的处理流程图；图10是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的幅相校正模块的处理流程图；图11是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台的检验反馈模块的处理流程图；图12a是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台未补偿时仿真结果方位向的剖面图；图12b是本发明一种星载多通道夭线SAR数据通道幅相误差校正平台补偿后仿真结果方位向的剖面图；图13是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台所示多通道天线SAR各接收通道信号的存放顺序格式图；图14a是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台误差补偿效果不好时，检验反馈模块所获取的结果图；图14b是本发明一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台重新定标后，检验反馈模块所获取的结果图。图中1.幅相定标模块101.信号发生器102.可变衰减器103a.T/R组件103b.T/R组件103x.T/R组件104a.低噪声放大器104b.低噪声放大器104x.低噪声放大器105a.数传设备105b.数传设备105x.数传设备2.中间模块201a.暂存器201b.暂存器201c.暂存器201义暂存器202a.快速傅立叶变换器202b.快速傅立叶变换器202c.快速傅立叶变换器202x.快速傅立叶变换器203b.复数除法器203c.复数除法器203x.复数除法器204b.结果寄存器204c.结果寄存器204x,结果寄存器3.幅相校正模块301a.寄存器301b.寄存器301c.寄存器301x.寄存器302b.快速傅立叶变换器302c.快速傅立叶变换器302x.快速傅立叶变换器302(x+l).快速傅立叶变换器302(x+2).快速傅立叶变换器302(2x-l).快速傅立叶变换器303b.复数除法器303c.复数除法器303x.复数除法器4.检验反馈模块401二维存储器402a.快速傅立叶变换器402b.快速傅立叶变换器402c.快速傅立叶变换器403.共轭复数乘法器404.结果寄存器具体实施方式下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。本发明提供了一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台。接收通道幅相定标是卫星工作的一个重要组成部分，它通过信号发生器、可变衰减器、天线T/R组件、低噪声放大器、数传设备完成接收通道幅相特性的记录。本发明利用了接收通道幅相定标的数据，通过选取一个通道的幅相特性作为标准，其它通道的幅相特性和它进行除法，即可得到其它通道的幅相特性和选做标准通道的幅相特性之间的比值结果，在处理实际数据时，只需要用除标准通道外的其它通道的幅相特性除以相应的比值结果即可。这样不必考虑信号发生器发射的信号类型及信号的幅相特性，从而避免了信号发生器自身所引入的误差；另一方面，虽然选做标准通道的幅相特性并非完全理想，但校正后由于每一个通道的数据都具有同样的幅度和相位特性，因而方位向上将不会再出现指标变差、出现虚假目标等现象，而标准通道本身的非理想性对距离向上的影响则可在成像过程中进行统一补偿。本发明提供了一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，如图3所示，由幅相定标模块1、中间模块2、幅相校正模块3和检验反馈模块4组成；幅相定标模块1完成每一个接收通道幅相特性的记录；中间模块2完成幅相定标模块1数据的获取、傅立叶变换、及傅立叶变换变化后结果的存储；幅相校正器模块3完成星载多通道天线SAR数据的幅相校正；检验反馈模块4完成对误差校正效果的检验，并对幅相定标模块进行反馈。幅相定标模块1将各接收通道的幅相定标数据传递給中间模块2;中间模块2接收数据后，经过快速傅立叶变换及一系列除法后将结果存放在结果寄存器，接着把结果寄存器中的结果输出到幅相校正器模块3中，再与多通道天线接收到的各接收通道中的数据在幅相校正器模块3中进行幅相校正处理，输出幅相特性一致的数据；检验反馈模块4将幅相特性一致的数据保存在二维存储器401中后，取一个有效的距离门进行方位向的滤波，如果得到的结果不佳，需要重新进行幅相定标时，则对幅相定标模块1发送一个重新定标的指令，否则检验反馈丰莫块4不发送任何指令，此时二维存储器中401的数据为有效数据。如图4所示，幅相定标模块1由信号发生器101、可变衰减器102、n组天线T/R组件、n组低噪声放大器和n组数传设备组成，n为正整数，n组天线T/R组件分别为天线T/R组件103a、天线T/R组件103b、…、天线T/R组件102x;n组低噪声放大器分别为低噪声放大器104a、低噪声放大器104b、…、低噪声放大器104x;n组数传设备分别为数传设备105a、数传设备105b、…、数传设备105x。信号发生器101生成标准调频信号，通过可变衰减器102进行信号衰减，防止信号在各低噪声放大器中饱和失真；然后衰减后的信号分别输入到天线T/R组件103a至天线T/R组件103x，使信号携带T/R组件的幅相特性，再分别输入到相应的低噪声放大器104a至低噪声放大器104x进行发大，放大后的结果再分别通过相应的数传设备105a至数传设备105x完成信号的记录，并将记录的数据传递给中间模块2，完成所有n个接收通道的幅相特性记录过程，幅相定标模块l的处理流程如图8所示。如图5所示，中间模块2由n组快速傅立叶变换器、n组暂存器、(n-l)组复数除法器和(n-l)组结果寄存器(n即天线通道数，且n为正整数)组成。n组快速傅立叶变换器为快速傅立叶变换器202a、快速傅立叶变换器202b、快速傅立叶变换器202c、…、快速傅立叶变换器202x;n组暂存器分别为暂存器201a、暂存器201b、暂存器201c、…、暂存器201x;(n-1)组复数除法器为复数除法器203b、复数除法器203c、…、复数除法器203x;(n-l)组结果寄存器分别为结果寄存器204b、结果寄存器204c、、结果寄存器204x;暂存器201至暂存器201x存放幅相定标模块1的n个数传设备105a至数传设备105x输出的数据，记为Al，A2，…，An，快速傅立叶变换器202a至快速傅立叶变换器202x分别对应从暂存器201a至暂存器201x中取出获取的数据进行傅立叶正变换到频域，记为Bl，B2，…，Bn，并选取任意一个通道作为标准通道，以其中的数据作为除数。本实施例中，取T/R组件103a、低噪声放大器104a和数传设备105a作为标准通道，其他通道的数据分别变换到频域后的数据作为被除数分别传输到对应的复数除法器203b至复数除法器203x中进行复数除法运算，即Bi/Bl(i-2，3，…，n)，并将所得的结果分别对应存放在各结果寄存器204b至结果寄存器204x中，记为C2，C3，…，Cn，处理流程如图9所示。将这些结果保存在这(n-l)个结果寄存器中，可以方便调用，避免了重复计算，提高了处理效率。如图6所示，幅相校正模块3由(2n-2)组快速傅立叶变换器、(n-l)组复数除法器和n组寄存器组成(其中，n为天线通道数且为正整数，本实施例中，选多通道天线SAR接收通道l数据作为标准通道，其数据不进行处理)。(2n-2)组快速傅立叶变换器分别为快速傅立叶变换器302b、快速傅立叶变换器302c、…、快速傅立叶变换器302x、快速傅立叶变换器302(x+l)、快速傅立叶变换器302(x+2)、…、快速傅立叶变换器2x-l;(n-l)组复数除法器分别为复数除法器303b、复数除法器303c、…、复数除法器303x;n组寄存器分别为寄存器301a、寄存器301b、寄存器301c、…、寄存器301x。根据图13中所示多通道天线SAR各接收通道信号的存放顺序，读入星载多通道天线SAR数据，每一次读入一次脉冲接收的数据，即一次同时读入n个通道的数据，记为Sl，S2，…，Sn。这样可以并行处理，大大提高处理效率。将n条多通道天线SAR各接收通道的数据分别对应暂存到寄存器301a至寄存器30lx中，除多通道天线SAR接收通道1数据外的其他通道数据在快速傅立叶变换器302b至快速傅立叶变换器302x中做正变换到频域，结果记为Q2，Q3…，Qn;将变换后的各通道数据作为被除数，对应中间模块2输出的结果寄存器204b至结果寄存器204x中的数据结果C2，C3，…，Cn作为除数，分别在复数除法器303b至复数除法器303x中分别作除法运算，采用并行模式，同时完成复数除法的操作，即Qi/Ci，结果记为P2，P3，…，Pn;再将各结果分别输出到相应的快速傅立叶变换器302(x+l)至快速傅立叶变换器302(2x-l)作逆变换到时域。然后重复以上的操作，直至完成所有数据的处理，处理流程如图10所示，得到幅相特性一致的数据。如图7所示，检验反馈模块4由1组二维存储器、3组快速傅立叶变换器、1组共轭复数乘法器、1组结果寄存器组成。1组二维存储器为二维存储器401;3组快速傅立叶变换器分别为快速傅立叶变换器402a、快速傅立叶变换器402b、快速傅立叶变换器402c;1组共轭复数乘法器为共轭复数乘法器403;l组结果寄存器为结果寄存器404。将校正后幅相一致的数据存储在二维存储器401中，存放的格式如图13所示。本实施例中，取最中间的距离门的数据，记为LO;进行方位向的滤波，将L0输入到快速傅立叶变换器402a和快速傅立叶变换器402b中做正变换到频域，结果记为T1,T2;将变换到频域的数据T1，T2输入到共轭复数乘法器403中完成共轭相乘，结果记为R1，并将结果输入到快速傅立叶变换器402c中做逆变换到时域，结果记为RO，结果保存到结果寄存器404中。通过判断结果RO是否存在误差补偿不完全的现象，如果得到的结果不佳，需要重新进行幅相定标时，则向幅相定标模块1发送一个重新定标的指令，否则检验反馈纟莫块4不发送任何指令，此时二维存储器401中的数据为有效数据。如图14a、14b所示，对幅相定标模i夫1进行反馈。处理流程如图ll所示。如图14a所示，是误差补偿效果不好时，检验反馈禾莫块所获取的结果，由图可以看出，在主瓣两边出现了很强的旁瓣，如果用此时用二维存储器中的数据进行成像，最终得到的成像质量将恶化，故此时需要向幅相定标模块发出重新定标的命令。如图14b所示，是重新定标后，检验反馈模块所获取的结果，由图可以看出，在主瓣两边的旁瓣被很大的抑制，此时可用二维存储器中的数据进行成像，不需要向幅相定标模块发出重新定标的命令。利用本平台点做目标仿真对比，仿真参数如表格一所示，在此基础上完成了对平台有效性、精确性、髙效性的测试。表格一仿真参数表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>仿真结果如表格二所示:表格二指标对比仿真参数表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表格二所示结果可以看出，当不进行通道幅相校正的时候，在方位向上旁瓣明显抬高，造成了方位向上能量泄露，分辨率变差，虚假目标的出现；在距离向上，由于方位向和距离向的耦合，也使指标收到了一些影响。使用本发明的平台，能有效地消除这些问题，通过验证取得了较好的结果。如图12a所示，为没有进行补偿时方位向的剖面图，由图可以看出，在中间主瓣的两边出现了两个很高的旁瓣，由于旁瓣能量较高，造成了主瓣能量下降，在真实目标的两侧出现虚假目标；如图12b所示，为补偿后方位向的剖面图，可以看出旁瓣被抑制，不会出现虚假目标，同时在分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比等指标上也有很大提高。说明了平台的有效性和精准性。图13是一种星载多通道天线SAR数据存放方式，它首先按方位向接收脉冲信号划分，由于每一次接收脉冲的同时，有n个通道进行同时接收，故按通道顺序进行数据的存储。实际中对每一个脉冲的接收是按一定采样率进行采样，这样每一个脉冲记录实际是将釆样点按脉冲顺序存放，这样就形成了一个二维的数据，分别称为方位向和距离向。权利要求1.一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其特征在于，包括幅相定标模块、中间模块、幅相校正模块和检验反馈模块；幅相定标模块将各接收通道的幅相定标数据传递给中间模块；中间模块接收数据后，经过快速傅立叶变换后及一系列除法后，将所得的结果寄存器中的数据输出到幅相校正器模块中，再与多通道天线接收到的各接收通道中的数据在幅相校正器模块中进行幅相校正处理，输出幅相特性一致的数据；检验反馈模块将幅相特性一致的数据保存到二维存储器后，对幅相误差校正后的结果进行检验，根据检验的结果对幅相定标模块进行反馈。2.根据权利要求1所述一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其特征在于所述幅相定标模块由信号发生器、可变衰减器、n组天线T/R组件、n组低噪声放大器和n组数传设备组成，n为正整数；信号发生器生成标准调频信号，通过可变衰减器进行信号衰减，然后衰减后的信号进入各天线T/R组件后，经过相应的各低噪声放大器进行发大，再通过相应的各数传设备完成信号的记录，并将记录的数据传递给中间模块。3.根据权利要求1所述一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其特征在于所述中间模块由n组快速傅立叶变换器、n组暂存器、(n-l)组复数除法器和n-l组结果寄存器组成，其中n为天线通道数，且n为正整数；各暂存器暂存幅相定标模块各数传设备输出的数据，各快速傅立叶变换器分别从各暂存器中取出获取的数据进行傅立叶正变换到频域，并选取任意一个通道中的数据作为除数，其它通道数据变换到频域后的数据作为被除数分别传输到各复数除法器中进行复数除法运算，并将所得的结果存放在各结果寄存器。4.根据权利要求1所述一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其特征在于所述幅相校正模块由(2n-2)组快速傅立叶变换器、(n-l)组复数除法器和n组寄存器组成，其中n为天线通道数，选做标准通道的数据不进行处理，且n为正整数；将多通道天线SAR各接收通道的数据暂存到各寄存器中，除标准通道外其他通道的数据在各快速傅立叶变换器中做正变换到频域；将变换后的各通道数据作为被除数，对应中间模块输出的各结果寄存器中的结果作为除数，在各复数除法器中作除法运算，再将各结果输出到相应的各快速傅立叶变换器做逆变换到时域，得到幅相特性一致的数据。5.根据权利要求1所述一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台，其特征在于:所述检验反馈模块由一组二维存储器、三组快速傅立叶变换器、一组共轭复数乘法器、一组结果寄存器组成；将幅相校正模块得到的幅相特性一致的数据全部输入到二维存储器中存储起来;选取一个距离门数据输入到两个快速傅立叶变换器中做正变换到频域;将变换后的数据输入到共轭复数乘法器中进行共轭相乘，将共轭相乘后的结果输入到快速傅立叶变换器中做逆变换到时域，得到时域滤波结果并进行判断，对幅相定标模块进行反馈。全文摘要本发明提供了一种星载多通道天线SAR数据通道幅相误差校正平台。通过选取一个通道的幅相特性作为标准，其它通道的幅相特性和它进行复数除法运算，即可得到其它通道的幅相特性和选作标准通道的幅相特性之间的比值结果。在处理实际数据时，只需要用除标准通道外的其它通道的幅相特性除以相应的比值结果即可，避免了信号发生器自身所引入的误差；另一方面，虽然选做标准通道的幅相特性并不是完全理想的，但由于经幅相误差校正后每一个通道的数据都具有相同的幅相特性，因而在方位向上能够有效地抑制虚假目标的出现，获取理想的方位向图像性能指标。同时从成像角度出发，对误差补偿效果进行评定，自适应的进行调整，从而得到满意的补偿效果。文档编号G01S13/00GK101236247SQ20081010152公开日2008年8月6日申请日期2008年3月7日优先权日2008年3月7日发明者周荫清,李春升,威杨,王鹏波,杰陈申请人:北京航空航天大学