一种非合作式星地双基地sar时频同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种非合作星地双基地SAR时频同步方法，将天线接收的信号进行二维划分、脉冲压缩操作后进行数据处理，能够将接收信号中旁瓣接收的直达波信号数据提取出来，并根据短合成孔径时间内，卫星轨道近似直线的先验信息，利用斜距历史的平方具有关于时间的三次项系数为0的特点，抑制了噪声对估计精度的影响，从而实现利用天线背瓣中接收的直达波信号信噪比弱的情况下，实现星地双基地SAR系统的同步误差估计。
【专利说明】—种非合作式星地双基地SAR时频同步方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达信号处理【技术领域】，涉及一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法。
【背景技术】
[0002]星地双基地SAR是利用卫星为发射平台，近地面放置接收机组成的双基地SAR系统，除了 SAR本身具备的全天时、全天候观测能力，双基地SAR由于其灵活的配置，在抗干扰、前视成像、干涉处理方面有着独特的优势，因而得到了越来越多的关注。
[0003]基于星地双基地SAR系统由于收发平台分置，与收发端有相同的时间轴和本振信号的单基地SAR信号相比，双基地SAR信号存在时间和频率同步误差，会导致未知的起始采样距离、徙动曲线线性偏移和多普勒相位历史误差，从而引起最终的图像严重散焦。
[0004]对于收发同步的方法，最早是通过增加专门的通信链路来进行的。对于非合作式双基地SAR，由于不能采用通信链路，只能采用基于卫星直达波信息的方法。为了获取直达波信息，目前广泛采用的方案是，增加一个额外的专用天线指向卫星用于接收来自卫星的直达波数据，同时另一个天线指向场景，用于接收场景的回波信号。这种方案不但增加了硬件复杂度，而且存在两通道之间的一致性问题。实际上，来自卫星的直达波信号能够从回波天线旁瓣中进入，但是，由于天线旁瓣的增益小，直达波信号信噪比弱，目前还没有人利用其进行同步误差估计。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一`种非合作星地双基地SAR时频同步方法，能够利用天线背瓣中接收的直达波信号信噪比弱的情况下，实现同步误差的高精度估计。
[0006]一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，包括下列步骤:
[0007]步骤一、将天线的主瓣指向场景，接收场景回波，旁瓣接收来自卫星的直达波信号，当卫星波束扫过场景时，接收机连续采集数据并存储；
[0008]步骤二:对步骤一获得的数据进行脉冲压缩，获得相邻峰值之间的时间间隔PRTK，按照PRTk对步骤一获得的数据进行二维划分，获得以快时间τ和慢时间η表征的二维数据；
[0009]步骤三、对步骤二获得的二维数据进行距离向脉压，获得直达波的波束中心穿越时刻Π O、视在斜距历史Rdra (η)和峰值位置处随慢时间变化的相位历史％eak(//);
[0010]步骤四、利用星历数据计算得到的卫星与天线之间的最短斜距R2tl的估计值左2(,;
[0011]步骤五:对步骤三获得的获取的视在斜距历史RdeJ η)进行三次拟合获得多普勒中心频率fd。与划分误差Λ PRT的关系；所述划分误差Λ PRT为真实脉冲重复时间和估计的脉冲重复时间PRTk之间的误差；
[0012]步骤六、根据步骤三获得的峰值位置处随慢时间变化的相位历史Ppeak (^)庚取多普勒中心频率fd。与收发载频的固定频差△ f的关系；
[0013]步骤七、将APRT 在(_PRTK/2，PRTE/2)范围，R 在(R2tl-1OOkm, R20+1OOkm)范围进行遍历，获得多普勒中心频率fd。与起始采样距离Rm的夫糸；APRT为划分误差APRT的估计值，Rm为起始采样距离Rm的估计值；
[0014]步骤八、在[_1/PRTK，1/PRTJ范围内对fdc;遍历，得到fdc;和R2tl的关系；
[0015]步骤九、根据步骤四获得的灸」、和步骤八得到fd。和R2tl的关系，获得fd。的估计值
/,
[0016]步骤十、根据步骤九获得的估计值/,和步骤五获得的多普勒中心频率fd。与划分误差APRT的关系，获得多普勒中划分误差APRT的估计值APRT ;根据步骤九获得的估计it厶》默辦导白勺錢革肿心步脾fdc城纖_勺職艦Af白勺絲，辦导職步页
差Af的估计值Δ/;
[0017]步骤十一、根据步骤十获得的划分误差估计值APRT，固定频差估计值Δ/和步
骤二获得的时间间隔PRTk，获得直达波信号或场景回波信号的同步误差补偿数据，具体为:
[0018]I)时间同步:对第η个脉冲，左移η.APRT
[0019]2)频率同步:对第η个脉冲,乘以相位
【权利要求】
1.一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，包括下列步骤: 步骤一、将天线的主瓣指向场景，接收场景回波，旁瓣接收来自卫星的直达波信号，当卫星波束扫过场景时，接收机连续采集数据并存储；步骤二:对步骤一获得的数据进行脉冲压缩，获得相邻峰值之间的时间间隔PRTk，按照PRTk对步骤一获得的数据进行二维划分，获得以快时间τ和慢时间η表征的二维数据；步骤三、对步骤二获得的二维数据进行距离向脉压，获得直达波的波束中心穿越时刻Π。、视在斜距历史U Π)和峰值位置处随慢时间变化的相位历史 步骤四、利用星历数据计算得到的卫星与天线之间的最短斜距R2tl的估计值匕., 步骤五:对步骤三获得的获取的视在斜距历史RdeJ Π)进行三次拟合获得多普勒中心频率fd。与划分误差Λ PRT的关系；所述划分误差Λ PRT为真实脉冲重复时间和估计的脉冲重复时间PRTk之间的误差； 步骤六、根据步骤三获得的峰值位置处随慢时间变化的相位历史Ol)，获取多普勒中心频率fd。与收发载频的固定频差Λ f的关系； 步骤七、将 Λ PRT 在(-PRTK/2，PRTK/2)范围，在(R2tl-1OOkm, R2tl+1OOkm)范围进行遍历，获得多普勒中心频率 fd。与起始采样距离Rm的关系；Λ PRT为划分误差Λ PRT的估计值，R力起始采样距离Rffl的估计值； 步骤八、在[-1/PRTe, 1/PRTJ范围内对fdc遍历，得到fdc和R20的关系； 步骤九、根据步骤四获得的及2()和步骤八得到fd。和R2tl的关系，获得fd。的估计值;
步骤十、根据步骤九获得的估计值J 和步骤五获得的多普勒中心频率与划 J dc分误差APRT的关系，获得多普勒中划分误差APRT的估计值APRT ;根据步骤九获得的估i憤Α?默辦导白勺錢革肿心步脾fdc城纖_勺舰艦Af白勺规辦导職频差Af的估计值Δ/ 步骤十一、根据步骤十获得的划分误差估计值APRT，固定频差估计值Δ/、和步骤二获得的时间间隔PRTk，获得直达波信号或场景回波信号的同步误差补偿数据，具体为: 1)时间同步:对第n个脉冲，左移n.Λ PRT 2)频率同步:对第n个脉冲，乘以相位
2.如权利要求1所述的一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，步骤五中获得多普勒中心频率fd。与划分误差APRT的关系具体方法为: 对步骤三获得的视在斜距历史RdeJH)进行三次拟合获得一次项、二次项和三次项系数分别记为a1、a2、a3 ; 将视在斜距距离向脉压后的表达式RdOT( η)在波束中心穿越时刻Htl进行泰勒展开，获得一次项、二次项和三次项系数的表达式； 根据&1、a2、a3与泰勒展开的一次项、二次项、三次项系数表达式获得多普勒中心频率fdc与划分误差APRT的关系以及多普勒调频率:
3.如权利要求1所述的一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，步骤六中获取多普勒中心频率fd。与收发载频的固定频差的关系具体方法为:根据步骤三获得的峰值位置 处随慢时间变化的相位历史(η)，获取视在多普勒中心频率f一的值,进而获得收发载频的固定频差与多普勒中心频率4的关系: Af = Udc (37)。
4.如权利要求1所述的一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，步骤七获得多普勒中心频率fdc与起始采样距离Rm的关系具体方法为: 将 ΛPRT 在(-PRTe/2, PRTe/2)范围，R 在(R20-1OOkm, R20+1OOkm)范围进行遍历，并在每个遍历点对视在斜距历史R-( H)按照公式(42)进行补偿，获得每个遍历点对应的补偿斜距历史RdeJ H)，并对获得的补偿斜距历史的平方计算三次项系数α3;其中，ΛPRT为划分误差Λ PRT的估计偟，R 起始采样距离Rm的估计值；
5.如权利要求1所述的一种非合作式星地双基地SAR时频同步方法，其特征在于，步骤八中得到fd。和R2tl的关系具体方法为:根据步骤四获得的多普勒中心频率fd。与划分误差APRT的关系和步骤六获得的多普勒中心频率fd。与起始米样距尚^的关系，将补偿后的斜距表不为:
Rdec( η ;fdc) = Rdeo( η) + Vk1.fdc (55) Ivk1为常数项和一次系数项，为已知量； 在[_1/PRTK，1/PRTJ范围内对fd。遍历，并在每个遍历点按照公式(55)计算Ri人ηΜ -并进行二次拟合，获得二次项系数K、一次项系数I3l、常数项b2 ； 将真实斜距历史表达式的平方展开获得二次项系数、一次项系数和常数项的表达式；根据Iv bp b2和真实斜距历史平方展开获得的二次项系数、一次项系数和常数项的表达式，获得fd。与R2CI的关系为:
【文档编号】G01S7/40GK103823210SQ201410089824
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】曾涛, 田卫明, 张天, 胡程 申请人:北京理工大学