專利名稱：低頻合成孔徑雷達(dá)射頻干擾抑制及誤差校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低頻SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá))信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及RFI (Radio Frequency Interference，射頻干擾)信號處理與沿航向干涉信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及適合雙通道低頻SAR沿航向干涉圖的RFI抑制及誤差校正方法。
背景技術(shù)：
對沿航向放置的雷達(dá)天線接收的兩個信號通道的復(fù)圖像共軛相乘，可以獲得沿航向的干涉圖。為了敘述的簡明，下文將沿航向的干涉圖簡稱干涉圖。干涉圖在軍用、民用的遙感探測中有多種應(yīng)用。例如，對干涉圖上的干涉幅度和干涉相位進(jìn)行檢測，可以獲得地面運動目標(biāo)指示(Ground Moving Target hdication，簡稱 GMTI)。干涉圖對兩個復(fù)圖像間存在的誤差非常敏感。通道間存在接收機(jī)頻率特性誤差、 配準(zhǔn)誤差、天線方向圖誤差、垂直基線誤差等各類誤差。這些誤差會降低兩個復(fù)圖像間的相干性，降低利用干涉幅度和干涉相位進(jìn)行檢測的可靠性。各類基于干涉圖的應(yīng)用都需要準(zhǔn)確校正通道間的各類誤差。雙通道低頻SAR的干涉圖不僅易受通道間各類誤差影響，還會受到具有窄帶特性、時變性和空變性的RFI影響。實驗表明，RFI會嚴(yán)重影響干涉圖上干涉幅度和干涉相位的聯(lián)合分布，破壞兩個復(fù)圖像間的相干性，甚至造成干涉圖無法應(yīng)用。目前，低頻SAR應(yīng)用RFI抑制方法主要是為了提高SAR成像質(zhì)量，并以SAR成像質(zhì)量評價抑制性能。其需要考慮的主要因素是單通道能量較強(qiáng)RFI信號的幅度抑制。根據(jù) RFI信號頻率是否已知，RFI抑制方法可以分成兩類。一是基于已知RFI信號頻率的抑制方法，該類方法難以檢測具有時變性、空變性的RFI ；二是基于未知RFI信號頻率的抑制方法， 該類方法難以徹底抑制能量較弱的RFI。第二類方法應(yīng)用自適應(yīng)濾波器時還有計算量大，實時實現(xiàn)困難的問題。目前，尚未有公開文獻(xiàn)提供一種抑制干涉圖上RFI的方法。因此，雙通道低頻SAR系統(tǒng)應(yīng)用中，針對干涉圖抑制RFI是一個急需解決的工程技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適合低頻SAR的RFI抑制及誤差校正方法，解決雙通道低頻SAR 干涉圖的RFI檢測及抑制、各類誤差校正問題，提高沿航向干涉方法的性能。本發(fā)明的流程分為五步第一步，基于回波的接收機(jī)頻率特性誤差校正。將通道i(i = 1,2)接收的方位時域距離時域回波RiUm, tf)進(jìn)行傅立葉變換，得到通道i方位時域距離頻域回波氏(tm，fr)。式中tm表示方位向慢時間，tf表示距離向快時間，f；表示距離頻率。為了敘述的簡明，后文將方位時域距離時域簡稱為時域，將方位時域距離頻域簡稱為時頻域，將方位頻域距離頻域簡稱為頻域。若無特殊說明，各步驟均對復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。按照公式一，校正接收機(jī)頻率特性誤差
REi (tm，fr) = Ri (tm，fr) Ei (fr) (公式一)上式中REiU1^f;)表示通道i接收機(jī)頻率特性誤差校正后的時頻域回波(簡稱校正后時頻域回波)，Ei (fr)表示通道i的均衡器。第二步，基于校正后時頻域回波的距離譜均衡和SAR成像。對校正后時頻域回波REi (tm，fr)進(jìn)行距離譜均衡。距離譜均衡是對REi (tm，fr)的多條距離線幅度在時頻域進(jìn)行加權(quán)平均。對距離譜均衡后的REiU1^f;)采用低頻SAR成像算法，獲得時域圖像RSiUm, tf)。第三步，基于時域圖像RSi(Utf)的配準(zhǔn)。對第二步獲得的時域圖像RSiUm, tf)進(jìn)行配準(zhǔn)，獲得配準(zhǔn)后的時域圖像SiUm, tf) 和時頻域干涉圖IFATI(tm，f；)。本步驟去除的配準(zhǔn)誤差包括通道間的時間誤差和相位誤差， 具體實施過程如下步驟3. 1 選取感興趣區(qū)域。對時域圖像RSiUm, tf)進(jìn)行幅度歸一化處理，以整幅圖像中幅度最大值為歸一化處理的參考值，然后選取感興趣區(qū)域SRiUm, tf)。SI^(tm，tf) ^P SR2(tffl,tf)對應(yīng)了不同通道的相同坐標(biāo)區(qū)域。感興趣區(qū)域SI^(tm，tf)中至少包含一個強(qiáng)目標(biāo)點；強(qiáng)目標(biāo)點是場景中反射較強(qiáng)的靜止地物，其歸一化幅度值大于_20dB。步驟3. 2 估計通道間的時間誤差。對每個通道進(jìn)行下述處理對感興趣區(qū)域SIii (tm，tf)進(jìn)行線性插值，檢測線性插值后SI^(tm，tf)的幅度最大值，記錄幅度最大值的坐標(biāo)(TmiJfi) ,Tmi表示方位向慢時間坐標(biāo)，Tfi表示距離向快時間坐標(biāo)。按照公式二計算通道間的時間誤差(ΔΤπι，Δ Tf)(Δ Tm, ATf) = (Tm2-TmljTf2-Tf1) (公式二)上式中Δ Tm代表方位向慢時間差，Δ Tf代表距離向快時間差。步驟3. 3 估計通道間相位誤差。按照公式三，獲得感興趣區(qū)域的時域干涉圖IFRati(tm，tf)。IFRati (tm,tf) = S^(tm,tf)· SB； [tm,tf)SR' ! (tm，tf) = SR1 (tm，tf)(公式三)SR ‘ 2(tm, tf) = SR2 (tm- Δ Tm, tf- Δ Tf)上式中(·廣表示共軛操作。按照公式四，獲得感興趣區(qū)域的時域干涉圖IFRATI(tm，tf)上強(qiáng)目標(biāo)點主瓣中心的干涉相位Φ。。 Φ 0 = Z IFRati (Tm, Tf) (公式四)上式中Z表示取復(fù)圖像像素點的相位角度，(TffljTf)表示強(qiáng)目標(biāo)主瓣中心所在的方位向慢時間坐標(biāo)、距離向快時間坐標(biāo)。步驟3. 4 判斷循環(huán)是否結(jié)束。重復(fù)步驟3. 1 3. 3，每次重復(fù)過程中選取的感興趣區(qū)域各不相同，對重復(fù)獲得的干涉相位Φ ο取均值，獲得通道間相位誤差尿。重復(fù)次數(shù)至少3次。步驟3. 5 獲得配準(zhǔn)后的時域圖像和時頻域干涉圖。按照公式五，獲得配準(zhǔn)后的時域圖像Si (tm，tf)。CN 102243300 A
說明書
3/7頁‘、、(公式五) S1 {tm，tf、= RS2{tm- ATm, tf - ATf) exp (]φ0)上式中exp( ·)表示指數(shù)運算，j為虛數(shù)單位。對SiUm, tf)進(jìn)行傅立葉變換，得到配準(zhǔn)后的時頻域圖像SiU1^fr)。按照公式六，獲得配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tm，fr)IFati (ImJr) = S人tmJr、· SlitmJr)、公式六第四步、基于時頻域的RFI檢測及抑制。本步驟包括以下步驟步驟4. 1 檢測RFI信號。按照公式七，計算時頻域像素點幅度P ts (tm)。pts {tm ) = Efr [pts (。/r)](公式七)Pts(tm，fr) = S1 (tffl, fr)上式中^Er； [ ；I代表在方位向慢時間tm時刻對距離頻率f；求期望，I · I表示對復(fù)圖像像素點取幅度值。利用假設(shè)檢驗檢測配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tm，fr)像素點是否受到RFI影響。 當(dāng)假設(shè)檢驗的結(jié)果是Htl時，IFati (tm，fr)像素點未受RFI影響；當(dāng)假設(shè)檢驗的結(jié)果是H1時， IFati (tm，fr)像素點受到RFI影響。假設(shè)檢驗的公式如公式八所示
「_01 \Ho- PtAtmJr) < 0ΡΛ^)或 |Δ·9(ΙΛ)|<·9。/、π Α ,、 (公式八) [H1- Ptr(LJr)^ VoPts(L)且…·90上式中Pte(tm，fr)表示IFati (tm，fr)上待檢測像素點干涉幅度的開方；Δ·9(、，Λ) 表示IFATI(tm，fr)上待檢測像素點的干涉相位；Ytl表示干涉圖像素幅值比門限，況表示干涉圖相位門限，通常選取Yq = 0.5，5q=20°。步驟4. 2 抑制RFI幅度。當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFATI(tm，fr)像素點受到RFI影響時，對時頻域圖像 SiUffl, fr)進(jìn)行中值濾波，獲得抑制RFI幅度的時頻域幅度圖像得(‘,Λ)濾波操作如公式九所示Nf(tmJr)=MedFilter\\S1 (。,/r)|],當(dāng) fr = fEFI 且 tm e Tk 時 (公式九)上式中MedFilter[ ·]表示中值濾波，fEFI為RFI的距離頻點，Tk為RFI的持續(xù)方位時間。該中值濾波器在每一個方位慢時間tm沿距離頻域f；估計未受RFI影響的像素點幅度。中值濾波器的寬度大于檢測到的RFI信號帶寬的兩倍；中值濾波僅替換時頻域圖像 SiUffl, fr)中受RFI影響的像素點幅度，即步驟4. 1中IFati (tm，fr)上檢測到RFI的像素點。當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tm，fr)像素點未受RFI影響時，按照公式十，獲得抑制RFI幅度的時頻域幅度圖像得(、,Λ)^f{tmJr) = μ (C/r)|,當(dāng) fr Φ fEFI Mdm ^ Τβ (公式十)步驟4.3 抑制RFI相位。按照公式十一，得到通道1抑制了 RFI的時頻域圖像Λ (、，/,):
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MtmJr) = Jr)- exp(JZS1 (tmJr))(公式十一)當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tffl, fr)像素點受到RFI影響時，對IFati (tm，fr) 在每一個方位慢時間tm沿距離頻域f；進(jìn)行中值濾波，估計受RFI影響的像素點干涉相位 Δ^、,Λ)，如公式十二所示^{tmJr)=MedFilter^ZlFAT1 (‘,Λ)]當(dāng) fr = fEFI 且 tm e Tk 時 (公式十二 )中值濾波的帶寬大于RFI干涉相位所占據(jù)帶寬的兩倍。按照公式十三，得到通道 2抑制了 RFI的時頻域圖像Α( ,Λ):A(CX) = ^1(CX).(。/^八外…乂) + -印 m,/r))(公式十三)當(dāng)fr = fEFI 且 tm e Tk 時當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFATI(tm，fr)像素點未受到RFI影響時，按照公式十四， 得到通道2抑制了 RFI的時頻域圖像A (CX)A(CX) =鸕當(dāng) fr Φ fEFI 或‘ ￠7;時(公式十四)第五步、殘留誤差校正。本步驟包括以下步驟步驟5. 1 殘留幅度誤差校正。對 . (CX)進(jìn)行傅立葉變換得到抑制了 RFI的頻域圖像A (IaJr)，fa表示方位頻率。按照公式十五，計算頻域幅度誤差G (fa，f；)G(/a,/r) = |AU，X)/AU，X)| (公式十五)上式中通道幅度誤差G(fa，fr)包括通道間的天線方向圖幅度誤差。按照公式十六，獲得去除了殘留幅度誤差的頻域圖像錢(/a,_/)
rm7Q1 JAU,x)=A(/fl,x) ,八n、、，、(公式十TK ) [D2(IaJr) = D}{faJr)G{fa Jr)步驟5. 2 殘留相位誤差校正。將步驟5. 1獲得的錢(人,_/)進(jìn)行傅立葉逆變換，得到去除了殘留幅度誤差的時域圖像 A:(,m，,/)。按照公式十七，獲得去除了殘留幅度誤差的時域干涉圖// ^“力)/如皿仏々)=^^^).砹仏々)(公式十七)按照公式十八，對//^477(IG)的干涉相位進(jìn)行中值濾波，獲得殘留的干涉相位誤差 z/HQ:ZlPkAT1 (tm,tf) =MedFilter (ZIFDati (tm,tf))(公式十八)公式十八的中值濾波器是方位向慢時間、距離向快時間的二維濾波器，濾波器的二維寬度為場景均勻雜波區(qū)域的平均大小。殘留的干涉相位誤差包括天線方向圖相位誤
差、垂直基線誤差。
按照公式十九，校正//ivbA)殘留的干涉相位誤差z/j^r^h+)，獲得誤差校正后的時域干涉圖/Pm,IFMati (tm,tf) = IFDati (tm,tf)-Qxp(-jZlPkAT1 (tm,tf))(公式十九)對經(jīng)過上述步驟獲得的誤差校正后的時域干涉圖/^Tot 進(jìn)行后續(xù)處理，如
進(jìn)行干涉幅度相位的聯(lián)合檢測，能精確檢測運動目標(biāo)，獲取運動目標(biāo)的運動信息。采用本發(fā)明可以取得以下技術(shù)效果1.本發(fā)明利用時頻域的干涉圖進(jìn)行RFI檢測，避免了構(gòu)造自適應(yīng)濾波器的復(fù)雜計算，具有簡單易行、準(zhǔn)確率高、魯棒性強(qiáng)、易于實現(xiàn)的優(yōu)點；利用RFI在時頻域圖像上的分布特點，使假設(shè)檢驗門限隨時頻域像素點幅度變化，能夠有效檢測具有窄帶性、時變性和空變性的RFI。2.本發(fā)明利用時頻域中值濾波獲得未受RFI影響的時頻域像素點幅度與干涉相位，有效抑制了 RFI的幅度和相位，能夠保留時域干涉圖上場景真實的幅度與相位信息，滿足后續(xù)處理的需求。3.本發(fā)明提供的RFI檢測及抑制方法，充分利用低頻SAR信號與干涉圖特點，校正了通道間各類誤差。一是利用基于回波的接收機(jī)頻率特性誤差校正步驟校正了接收機(jī)頻率特性誤差；二是利基于時域圖像的配準(zhǔn)步驟校正了配準(zhǔn)誤差；三是利用殘留誤差校正步驟校正了天線方向圖誤差和垂直基線誤差。上述每個步驟的存儲量小，計算量低，能滿足實際實驗需求，易于工程實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的原理流程示意圖；圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程示意圖；圖3為仿真數(shù)據(jù)的時域圖像；圖4為仿真數(shù)據(jù)時域干涉圖的干涉相位對比圖；圖5為實測數(shù)據(jù)時域干涉圖的干涉相位對比圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明的原理流程示意圖。該流程有利于提高雙通道低頻SAR沿航向干涉方法的性能。總流程一共包括五個步驟第一步，基于回波的接收機(jī)頻率特性誤差校正。對各通道回波校正接收機(jī)頻率特性誤差，獲得校正后時頻域回波。其中，本步驟使用的均衡器EJf)通過雷達(dá)工作前的閉環(huán)測試獲得，可參見 F. E. Churchill, W. G. Ogar, B. J. Thompson 編著的 “The Correction of I and Q Errors in a Coherent Processor", IEEETransactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 17, No. 1,1981, pp. 131-137 和呂孝雷，蘇軍海，邢孟道，張守宏編著的“三通道SAR-GMTI誤差校正方法的研究”，系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，Vol. 30，No. 62008年 6 月，pp. 1037-1042。第二步，基于校正后時頻域回波的距離譜均衡抑制和SAR成像。對各通道校正后時頻域回波進(jìn)行距離譜均衡，獲得距離譜均衡后的回波；對該回波進(jìn)行低頻SAR成像，獲得各通道的時域圖像。距離譜均衡能夠初步抑制RFI，可參見董臻，梁甸農(nóng)，黃曉濤編著的 "VHF/UHF UffB SAR基于通道均衡的RFI抑制方法”，電子與信息學(xué)報，Vol. 30，No. 3，2008， pp.550-553。第三步，基于時域圖像的配準(zhǔn)。本步驟包括步驟3. 1，選取感興趣區(qū)域；步驟3. 2， 估計通道間時間誤差；步驟3. 3，估計通道間相位誤差；步驟3. 4，判斷循環(huán)是否結(jié)束；步驟 3. 5，獲得配準(zhǔn)后的時域圖像和時頻域干涉圖。第四步，基于時頻域的RFI檢測及抑制。本步驟包括步驟4. 1，檢測RFI信號；步驟4. 2，抑制RFI幅度；步驟4. 3，抑制RFI相位。本步驟抑制了 RFI幅度和相位，能夠恢復(fù)未受RFI影響的時頻域像素點的幅度與干涉相位。第五步，殘留誤差校正。本步驟包括步驟5. 1，殘留幅度誤差校正；步驟5. 2，殘留相位誤差校正。圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程示意圖，每個步驟的數(shù)據(jù)流向如下第一步中，每個通道接收到的時域回波I^(tm，tf)，經(jīng)過傅立葉變換，得到時頻域回波Ri (tm，fr)。再對氏(tm，fr)校正接收機(jī)頻率特性誤差，獲得校正后時頻域回波REi (tm，fr)。
第二步中，對每個通道校正后時頻域回波REi (tm，fr)進(jìn)行距離譜均衡，得到距離譜均衡后的REi (tm，fr)。再對其進(jìn)行SAR成像，獲得時域圖像RSi (tm，tf)。第三步中，步驟3.1從時域圖像RSi(Utf)獲得感興趣區(qū)域SI^(tm，tf)；步驟3.2 從SRi (tm，tf)估計通道間時間誤差(Δ Tm, Δ Tf)；步驟3. 3利用SRi (tm，tf)與(Δ Tm, Δ Tf)， 獲得感興趣區(qū)域的時域干涉圖IFRati (tm，tf)，再從IFRati (tm，tf)獲得干涉相位(^;步驟3.4 經(jīng)過多次重復(fù)3. 1 3. 3操作，獲得通道間相位誤差尿；步驟3. 5利用估計得到的通道間時間誤差(ΔΤπι，ATf)與通道間相位誤差態(tài)，獲得配準(zhǔn)后的時域圖像SiUm, ^jXiSi (tffl, tf) 傅立葉變換，得到配準(zhǔn)后的時頻域圖像SiU1^f;)。再進(jìn)行干涉操作，獲得配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖 IFati (tm，fr)。第四步中，步驟4. 1在IFATI(tm，fr)上檢測RFI信號，步驟4. 2抑制RFI幅度，得至IJ 抑制RFI幅度的時頻域幅度圖像得；步驟4. 3進(jìn)一步抑制RFI相位，獲得抑制了 RFI 的時頻域圖像A (CX)。第五步中，步驟5. 1先將進(jìn)行傅立葉變換，得到抑制了 RFI的頻域圖像 AU，x)；然后通過計算殘留幅度誤差，得到去除了殘留幅度誤差的頻域圖像A (人，·/:)。 步驟5.2先將進(jìn)行傅立葉逆變換，得到去除了殘留幅度誤差的時域圖像 A (、，,/)；然后對A (、，,/)進(jìn)行干涉獲得去除了殘留幅度誤差的時域干涉圖^Dot仏，,/)； 再進(jìn)行基于/^Dot(CG)干涉相位的中值濾波，并校正/^Dot(CG)殘留的干涉相位誤差
(tm,tf)，最終得到誤差校正后的時域干涉圖{tm,tf)。圖3 圖5給出了利用本發(fā)明的具體實施方式
在實驗室對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實驗的結(jié)果。由于仿真數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確模擬實際系統(tǒng)的殘留誤差，圖6給出了利用本發(fā)明的具體實施方式
在實驗室對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的結(jié)果。仿真實驗的仿真數(shù)據(jù)包括未加入RFI的時域回波形成的仿真數(shù)據(jù)集A，將仿真數(shù)據(jù)集A加入RFI形成的仿真數(shù)據(jù)集B。圖3為仿真數(shù)據(jù)的時域圖像。仿真數(shù)據(jù)集進(jìn)行本發(fā)明具體實施方式
第一步和第二步的處理，得到仿真數(shù)據(jù)集的時域圖像。其中(a)為基于仿真數(shù)據(jù)集A得到的通道1的時域圖像RS1Um, tf)，(b)為基于仿真數(shù)據(jù)集B得到的通道1的時域圖像RS1Um, tf)。如圖3 中編號所示，時域圖像中目標(biāo)1 9為靜止目標(biāo)，目標(biāo)10為運動目標(biāo)，垂直于航向的速度Vy 為3m/s。各個目標(biāo)的歸一化幅度為目標(biāo)1、2、3、4、5為OdB,目標(biāo)6、7、10為-10dB，目標(biāo)8、 9為-20dB。對比(a)與(b)說明，加入RFI前后，通道1的時域圖像沒有明顯變化，該相對較弱的RFI不會影響成像質(zhì)量，不能依賴成像質(zhì)量進(jìn)行抑制。圖4為仿真數(shù)據(jù)時域干涉圖的干涉相位對比圖。圖中，3幅圖的橫坐標(biāo)均為方位向距離坐標(biāo)，縱坐標(biāo)均為距離向距離坐標(biāo)，每幅圖右邊的尺度條表示相位值。其中(a)是將仿真數(shù)據(jù)集A進(jìn)行本發(fā)明具體實施方式
第一步至第三步處理得到的時域圖像SiUm, tf)直接進(jìn)行干涉，獲得時域干涉圖的干涉相位圖。(b)是將仿真數(shù)據(jù)集B進(jìn)行本發(fā)明具體實施方式
第一步至第三步的處理得到的時域圖像SiUm, tf)直接進(jìn)行干涉，獲得時域干涉圖的干涉相位圖。在(a)上，靜止目標(biāo)的干涉相位基本為0°，因此目標(biāo)1 9基本無法從圖中看出；運動目標(biāo)的干涉相位不為0°，其干涉相位值與目標(biāo)垂直于航向的速度有關(guān)，因此目標(biāo)10可以從圖中明顯看出。在(b)上靜止強(qiáng)目標(biāo)點1 5的主瓣的干涉相位基本為0°， 其它相對較弱的靜止目標(biāo)6 9、運動目標(biāo)10以及各個目標(biāo)的旁瓣均受到了 RFI的相位干擾，靜止目標(biāo)的干涉相位不為0°，運動目標(biāo)的干涉相位偏離了理論值。對比(a)與(b)說明，RFI對強(qiáng)目標(biāo)點的相位干擾較小，基本能保持在0°附近，而弱目標(biāo)點以及目標(biāo)旁瓣附近受到的相位干擾非常明顯。從中可得出結(jié)論，當(dāng)RFI信號較弱時，RFI對成像質(zhì)量影響很小，但對干涉相位影響較大。進(jìn)一步說明本發(fā)明利用時頻域干涉圖進(jìn)行RFI抑制的有效性。 (c)是將仿真數(shù)據(jù)集B利用本發(fā)明具體實施方式
進(jìn)行處理得到的誤差校正后的時域干涉圖的干涉相位圖，對比(b)說明，本發(fā)明充分抑制了 RFI，靜止和運動目標(biāo)的干涉相位均得到了還原，取得了較好的效果；對比(a)說明，本發(fā)明的抑制效果與未受RFI影響的情況基本一致。圖5為實測數(shù)據(jù)時域干涉圖的干涉相位對比圖。該實測數(shù)據(jù)中存在已知的運動目標(biāo)和RFI。其中(a)為未充分抑制RFI獲得的時域干涉圖的干涉相位圖。該時域干涉圖是將實測數(shù)據(jù)進(jìn)行本發(fā)明具體實施方式
第一步至第三步處理得到的時域圖像SiUm, tf)直接進(jìn)行干涉獲得的。(b)為采用本發(fā)明抑制RFI后獲得的誤差校正后的時域干涉圖/^Tot(IG) 的干涉相位圖。(a)說明，未充分抑制RFI時，靜止目標(biāo)受RFI的影響嚴(yán)重，干涉相位變化劇烈，改變了時域干涉圖幅度相位的聯(lián)合分布，無法利用干涉圖進(jìn)行后續(xù)的運動目標(biāo)檢測。 (b)體現(xiàn)了經(jīng)過本發(fā)明的處理，靜止目標(biāo)的干涉相位在0°附近，由運動目標(biāo)干涉相位推出的垂直于航向的速度與已知運動參數(shù)相符。實測數(shù)據(jù)的應(yīng)用結(jié)果進(jìn)一步說明了本發(fā)明的有效性。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種低頻 SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孑L徑雷達(dá))的 RFI (Radio Frequency hterference，射頻干擾)抑制及誤差校正方法，其特征在于，包括下述步驟 第一步，基于回波的接收機(jī)頻率特性誤差校正；將通道i(i = 1,2)接收的方位時域距離時域回波氏^，tf)進(jìn)行傅立葉變換，得到通道i方位時域距離頻域回波iMtm，fr)；其中tm表示方位向慢時間，tf表示距離向快時間， fr表示距離頻率；為了敘述的簡明，后文將方位時域距離時域簡稱為時域，將方位時域距離頻域簡稱為時頻域，將方位頻域距離頻域簡稱為頻域； 按照公式一，校正接收機(jī)頻率特性誤差 REi (tm，fr) = Ri (tm，fr) Ei (fr)(公式一)上式中REiU1^f;)表示通道i接收機(jī)頻率特性誤差校正后的時頻域回波(簡稱校正后時頻域回波)，Ei (fr)表示通道i的均衡器；第二步，基于校正后時頻域回波的距離譜均衡和SAR成像；對校正后時頻域回波REiUm, fr)進(jìn)行距離譜均衡；距離譜均衡是對REiUm, fr)的多條距離線幅度在時頻域進(jìn)行加權(quán)平均；對距離譜均衡后的REiU1^f;)采用低頻SAR成像算法， 獲得時域圖像RSi(Uf)；第三步，基于時域圖像RSiUm, tf)的配準(zhǔn)； 步驟3. 1 選取感興趣區(qū)域；對時域圖像RSiUm, tf)進(jìn)行幅度歸一化處理，以整幅圖像中幅度最大值為歸一化處理的參考值，然后選取感興趣區(qū)域SRJtm, tf) ；SR1Uffl, tf)和SR2(tffl, tf)對應(yīng)了不同通道的相同坐標(biāo)區(qū)域；感興趣區(qū)域SIii (tm，tf)中至少包含一個強(qiáng)目標(biāo)點；強(qiáng)目標(biāo)點是場景中反射較強(qiáng)的靜止地物，其歸一化幅度值大于_20dB ； 步驟3. 2 估計通道間的時間誤差；對每個通道進(jìn)行下述處理對感興趣區(qū)域SIii (tm，tf)進(jìn)行線性插值，檢測線性插值后 SRiUffl, tf)的幅度最大值，記錄幅度最大值的坐標(biāo)(Tmi, Tfi), Tmi表示方位向慢時間坐標(biāo)， Tfi表示距離向快時間坐標(biāo)；按照公式二計算通道間的時間誤差(ΔΤπι，Δ Tf) (Δ Tm, Δ Tf) = (Tm2-Tm1, Tf2-Tf1)(公式二 )上式中ΔΤπι代表方位向慢時間差，ATf代表距離向快時間差； 步驟3. 3 估計通道間相位誤差；按照公式三，獲得感興趣區(qū)域的時域干涉圖IFRati (tm，tf)； IFRati {tm,tf) = SK^tmJf)-SBZ (tm,tf)SR' ！ (tm，tf) = SR1 (tm，tf) (公式三) SR' 2 (tm，tf) = SR2 (tm- Δ Tm, tf- Δ Tf) 上式中(·廣表示共軛操作；按照公式四，獲得感興趣區(qū)域的時域干涉圖IFRATI(tm，tf)上強(qiáng)目標(biāo)點主瓣中心的干涉相位Φ 0 ；Φ0 =Z IFRati (Tm, Tf)(公式四)上式中Z表示取復(fù)圖像像素點的相位角度，(TffljTf)表示強(qiáng)目標(biāo)主瓣中心所在的方位向慢時間坐標(biāo)、距離向快時間坐標(biāo)； 步驟3. 4 判斷循環(huán)是否結(jié)束；重復(fù)步驟3. 1 3. 3，每次重復(fù)過程中選取的感興趣區(qū)域各不相同，對重復(fù)獲得的干涉相位Φ ο取均值，獲得通道間相位誤差尿；重復(fù)次數(shù)至少3次； 步驟3. 5 獲得配準(zhǔn)后的時域圖像和時頻域干涉圖； 按照公式五，獲得配準(zhǔn)后的時域圖像SiUm, tf)； ‘S^tmJf) = RS\tmJf)\ ( , (、 , _、(公式五)S1 {tm，tf、= RS2{tm- ATm, tf - ATf) exp (]φ0)上式中exp( ·)表示指數(shù)運算，j為虛數(shù)單位；對SiUm, tf)進(jìn)行傅立葉變換，得到配準(zhǔn)后的時頻域圖像SiU1^f;)；按照公式六，獲得配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tm，f；) IFati {tmJr) = (tmJr)-S;(tm,fr)(公式六)第四步、基于時頻域的RFI檢測及抑制； 步驟4. 1 檢測RFI信號； 按照公式七，計算時頻域像素點幅度Pts(tm)； Pte(L) = & [Pte(IX)](公式七) P ts(tm, fr) = S1U111, fr)上式中代表在方位向慢時間1時刻對距離頻率fr求期望，I · I表示對復(fù)圖像像素點取幅度值；利用假設(shè)檢驗檢測配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFATI(tm，fr)像素點是否受到RFI影響；當(dāng)假設(shè)檢驗的結(jié)果是Htl時，IFati (tm，fr)像素點未受RFI影響；當(dāng)假設(shè)檢驗的結(jié)果是H1時， IFati (tm，fr)像素點受到RFI影響；假設(shè)檢驗的公式如公式八所示 \Η0 ΡΛ^Ι)<7οΡΛΟ 或丨八“&，人；^餌 H1: Ar(IX)W0Pte(USlA1^mJr)IM0上式中P tr(tffl, fr)表示IFATI(tm，fr)上待檢測像素點干涉幅度的開方；Δ·9(。Λ)表示IFati(tffl, fr)上待檢測像素點的干涉相位；Ytl表示干涉圖像素幅值比門限，況表示干涉圖相位門限；步驟4. 2 抑制RFI幅度；當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFati (tm，fr)像素點受到RFI影響時，對時頻域圖像Si (tm，fr) 進(jìn)行中值濾波，獲得抑制RFI幅度的時頻域幅度圖像得(。Λ)；濾波操作如公式九所示 ^{tmJr) =MedFilterllS1 (C/r)|],當(dāng) fr = fEFI 且 tm e Tk 時(公式九) 上式中MedFilter[ ·]表示中值濾波，fEFI為RFI的距離頻點，Tk為RFI的持續(xù)方位時間；該中值濾波器在每一個方位慢時間tm沿距離頻域f；估計未受RFI影響的像素點幅度； 中值濾波器的寬度大于檢測到的RFI信號帶寬的兩倍；中值濾波僅替換時頻域圖像SiUm, fr)中受RFI影響的像素點幅度，即步驟4. 1中IFati (tm，fr)上檢測到RFI的像素點；當(dāng)配準(zhǔn)后的時頻域干涉圖IFATI(tm，fr)像素點未受RFI影響時，按照公式十，獲得抑制 RFI幅度的時頻域幅度圖像得(CX)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻SAR的RFI抑制及誤差校正方法，其特征在于，干涉圖像素幅值比門限Y。= 0. 5，干涉圖相位門限況=20°。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低頻SAR的RFI抑制及誤差校正方法。技術(shù)方案包括五個步驟第一步，基于回波的接收機(jī)頻率特性誤差校正；第二步，基于校正后時頻域回波的距離譜均衡抑制和SAR成像；第三步，基于時域圖像的配準(zhǔn)；第四步，基于時頻域的RFI檢測及抑制；第五步，殘留誤差校正。本發(fā)明可解決雙通道低頻SAR干涉圖的RFI檢測及抑制、各類誤差校正問題，提高沿航向干涉方法的性能，為后續(xù)相關(guān)處理打下良好基礎(chǔ)。
文檔編號G01S7/40GK102243300SQ20111009491
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者劉文彥, 周智敏, 范崇祎, 許忠良, 雷鵬正, 黃曉濤 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)