专利名称：合成孔径雷达校准闭环校准网络及校准与误差补偿方法
技术领域：
本发明属于合成孔径雷达(SAR)校准技术领域，具体地涉及一种合成孔径雷达校准的闭环校准网络。本发明还涉及利用上述闭环校准网络实现对高分辨率合成孔径雷达的系统传递误差进行高精度测量并进行误差补偿的方法。
背景技术：
合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，可以对地面目标进行高分辨率的探测，并且具有全天候、全天时的优势。自上个世纪五十年代，孔径合成方法出现以来， SAR系统已经大量装载在飞机、卫星、无人机等飞行平台上用于对地面目标的探测，在地理资源调查、农作物监测、海洋监测、军事侦察等领域得到了广泛的应用。随着SAR技术性能的不断提升，SAR系统误差对成像结果的影响越来越显著。分辨率指标是衡量SAR技术性能的主要指标，目前高分辨率SAR系统的分辨率可达分米甚至厘米级别。在这样的分辨率尺度上，SAR信号收发通道的各环节所引入的误差是不可忽略的。SAR收发通道误差可统称为系统传递误差，主要包括通道相位误差、幅度误差，具体表达式丑(ST) = J(COexpy)，式中//(Cr)表示系统传递误差，瓜代表频域，表示幅度误差，Φ表示相位误差。上述误差对成像结果都会产生不利影响，导致距离向脉冲压缩冲击响应的主瓣展宽、副瓣抬升，分辨率和图像质量降低，因此要通过闭环校准网络分析提取 H{m)，从而提供系统误差补偿参数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成孔径雷达校准的闭环校准网络。本发明的又一目的在于提供一种利用上述合成孔径雷达校准的闭环校准网络进行校准测量误差分析的方法。为实现上述目的，本发明提供的合成孔径雷达校准的闭环校准网络，主要包括一衰减单元，用于调理合成孔径雷达发射射频微波信号的幅度，以保证后端接收的射频微波信号幅度在允许的范围内；一光纤延迟单元用于调整射频微波信号的接收时间，通过将经过衰减单元调理后输出的射频微波信号转换为光信号，并通过光纤传输延迟后，恢复为射频微波信号，输出端连接一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一数字中频采集单元用于中频模拟信号的数字化采集，将中频模拟信号转化为可利用计算机软件处理分析的数字信号；一数字解调及误差分析单元，用于对数字信号的正交解调以及系统误差分析，连接数字中频采集单元的输出端。所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中该衰减单元的输入信号是合成孔径雷达发射的射频微波信号。所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中该光纤延迟单元的输入信号是经过衰减单元调理的射频微波信号。所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中该接收前端的输入信号是经过光纤延迟单元延迟传输的射频微波信号。所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中该数字中频采集单元的输入信号是经过接收前端转换后得到的中频模拟信号。所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中该数字解调与误差补偿单元的输入信号是数字信号。本发明提供的利用上述合成孔径雷达校准的闭环校准网络进行校准测量误差分析与成像补偿的方法，经过闭环网络采集的信号为调制信号，经过数字解调处理后，恢复为 I/Q正交基带信号；对基带信号进行频率分析以获取收发通道的传递特性以及对于理想情况下的误差；采用分析得到的误差对实际获取的雷达回波数据进行补偿处理，以消除信号通带内的相位、幅度误差，改善成像处理效果，实现合成孔径雷达距离向高分辨率成像。从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果本发明可用于高分辨率合成孔径雷达系统的内部校准，精确测量SAR收发通道的系统传递误差，对系统传递误差进行闭环测量，利用测量结果可以对系统的幅度、相位误差进行补偿，消除误差对成像的影响，从而实现合成孔径雷达的高分辨率成像。
图1是本发明提供的实现合成孔径雷达高精度闭环校准网络的结构示意图；图2是本发明提供的闭环校准测量误差分析与成像补偿的示意图；图3是本发明提供的无闭环校准测量误差分析方法应用于实际系统所采集数据及其处理结果其中a是采集到的实际信号和经过本发明处理的理想信号曲线图；b是对a所示的曲线进行压缩处理后的曲线图。
具体实施例方式本发明实现合成孔径雷达闭环校准技术及方法，对合成孔径雷达系统的系统传递误差进行测量和补偿，实现高分辨率成像。本发明提供的实现合成孔径雷达高精度闭环校准网络及相关技术，组成闭环校准与补偿网络包括一衰减单元，用于调理合成孔径雷达发射射频微波信号的幅度，以保证后端接收的射频微波信号幅度在允许的范围内；一光纤延迟单元用于调整射频微波信号的接收时间，通过将经过衰减单元调理后输出的射频微波信号转换为光信号，并通过光纤传输延迟后，恢复为射频微波信号，输出端连接一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一数字中频采集单元用于中频模拟信号的数字化采集，将中频模拟信号转化为可利用计算机软件处理分析的数字信号；一数字解调及误差分析单元，用于对数字信号的正交解调以及系统误差分析，连接数字中频采集单元的输出端。所述合成孔径雷达校准的闭环校准网络中，该光纤延迟单元的输入信号是合成孔径雷达发射校准信号。所述合成孔径雷达校准的闭环校准网络中，该光纤延迟单元的输入信号是经过放大的高功率信号时，该高功率信号经过一衰减单元再输入至光纤延迟单元。本发明提供的利用上述合成孔径雷达校准的闭环校准网络进行校准测量误差分析与成像补偿的方法，经过闭环网络采集的信号为调制信号，经过数字解调处理后，对基带信号进行频率分析以获取收发通道的传递特性以及对于理想情况下的误差，即将所采集的数字信号S(t)通过频率变换为S(CT)，理想线性调频信号的频域表达式为/(CT)，这样就可以获得实际与理想间的差异也就是通道传递误差付…)=M…”一)=。采用分析得到的误差H(ST)对实际获取的雷达回波数据进行补偿处理，就可以消除信号通带内的相位、幅度误差，实现合成孔径雷达距离向高分辨率成像。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，图1是针对超高分辨率合成孔径雷达系统所采用的本发明提供的实现合成孔径雷达高精度闭环校准网络，该网络包括自行研制的光纤延迟单元、工作在Ku波段的接收前端、中心频率为1.5GHz的数字中频采集单元以及基于计算机软件的误差分析单元。各部分通过高频电缆和高速数字接口按照图1所示串行连接方式，组成了合成孔径雷达闭环校准网络。合成孔径雷达发射射频信号经衰减单元和光线延迟单元进行时间延迟，主要避开通过空间泄露引入校准网络的合成孔径雷达所发射微波射频信号。经过延迟的传输射频信号经接收前端变换为中频模拟信号，中频接收信号进一步通过中频数字采集单元变换为数字信号以进行误差分析和处理。闭环校准网络是对雷达系统收发通道失真误差的完备测量，可以对通道内确定性误差进行准确的测量和采集。采集结果通过分析可应用于成像补偿处理中。如图2所示，图2是本发明提供的闭环校准测量误差分析与成像补偿的示意图。经过中频数字采集的信号仍为调制信号，经过数字解调处理后，对基带信号进行频率分析可以直接获取收发通道的传递特性以及对于理想情况下的误差。采用分析得到的误差对实际获取的雷达回波数据进行补偿处理，如图3(a)所示的实际信号S(Cr)和理想信号/(^7)的曲线，以及通过补偿后得到的补偿处理结果的曲线(图3b所示)。通过闭环校准误差补偿后，可以有效消除信号通带内的相位、幅度误差，改善脉冲压缩处理效果。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，主要包括一衰减单元，用于调理合成孔径雷达发射射频微波信号的幅度，以保证后端接收的射频微波信号幅度在允许的范围内；一光纤延迟单元用于调整射频微波信号的接收时间，通过将经过衰减单元调理后输出的射频微波信号转换为光信号，并通过光纤传输延迟后，恢复为射频微波信号，输出端连接一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；一数字中频采集单元用于中频模拟信号的数字化采集，将中频模拟信号转化为可利用计算机软件处理分析的数字信号；一数字解调及误差分析单元，用于对数字信号的正交解调以及系统误差分析，连接数字中频采集单元的输出端。
2.根据权利要求1所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中，该衰减单元的输入信号是合成孔径雷达发射的射频微波信号。
3.根据权利要求1所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中，该光纤延迟单元的输入信号是经过衰减单元调理的射频微波信号。
4.根据权利要求1所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中，该接收前端的输入信号是经过光纤延迟单元延迟传输的射频微波信号。
5.根据权利要求1所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中，该数字中频采集单元的输入信号是经过接收前端转换后得到的中频模拟信号。
6.根据权利要求1所述合成孔径雷达系统校准的闭环校准网络，其中，该数字解调与误差补偿单元的输入信号是数字信号。
7.一种利用权利要求1所述合成孔径雷达校准的闭环校准网络进行校准测量误差分析与成像补偿的方法，经过闭环网络采集的信号为调制信号，经过数字解调处理后，恢复为 I/Q正交基带信号；对基带信号进行频率分析以获取收发通道的传递特性以及对于理想情况下的误差；采用分析得到的误差对实际获取的雷达回波数据进行补偿处理，以消除信号通带内的相位、幅度误差，改善成像处理效果，实现合成孔径雷达距离向高分辨率成像。
全文摘要
一种用于合成孔径雷达系统内部传递通道校准的闭环校准网络衰减单元，用于调理合成孔径雷达发射射频微波信号的幅度，以保证后端接收的射频微波信号幅度在允许的范围内，光纤延迟单元用于调整射频微波信号的接收时间，通过将经过衰减单元调理后输出的射频微波信号转换为光信号，并通过光纤传输延迟后，恢复为射频微波信号；接收前端，该接收前端将恢复得到的射频微波信号转换为中频模拟信号；数字中频采集单元用于数字采集中频模拟信号，其输入端连接上述接收前端的输出端，采用高速模数转换电路将中频模拟信号转换为数字中频信号；数字解调及误差分析单元，用于对数字采集信号的解调以及系统误差分析和成像补偿，连接数字中频采集单元的输出端。
文档编号G01S13/90GK102193088SQ20111003255
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年2月9日
发明者刘畅, 徐向辉, 李建雄, 王岩飞, 韩松 申请人:中国科学院电子学研究所