一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统及方法

技术领域

本发明属于空间微波遥感技术领域，涉及一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统及方法。

背景技术

星载SAR组网工作，以一发双(多)收干涉SAR模式工作时，辅星接收雷达和主星发射雷达不共频率源，一方面使得发射和接收本振存在固定频率偏差，另一方面发射、接收相位噪声不相关，不能如单站情况下抵消低频相噪，将导致辅星接收信号解调相位中除了需要的有用信号外，还存在着由固定频率偏差和相位噪声导致的回波域相位误差。该误差在成像后传递到图像域，导致方位向位置偏移、主瓣展宽、积分旁瓣比恶化等问题，并且相位误差最终会传递到干涉相位，造成干涉测高精度损失。

现有相位同步法主要包括独立频率源同步法、基于数据的自同步法、同步链法、基准信号传输链法等。在轨双(多)星SAR载荷使用的一般为同步链路法，即在卫星之间相互传输同步信号，通过获取同步信号中包含的相位信息补偿主辅星信号相位误差，实现相位同步。但利用同步信号补偿主辅星相位误差的同时，还引入了由于双向互传同步系统带来的系统内部误差，该误差将降低双基SAR系统主辅星信号的相关性，降低干涉性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统及方法，利用同步信号及五路定标信号，共同消除了双基SAR系统相位误差以及同步系统收发通道的幅相误差，提升了双多星SAR系统干涉性能。

本发明解决技术的方案是：第一方面，提出一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统，所述系统采用一发双收工作模式，主星发射并接收回波信号，辅星仅接收回波信号；所述系统包括第一调频源、第一发射机、第一雷达低噪放、第一接收机、第一3dB电桥、第一内定标器、第一脉冲固放、第一环形耦合器、第一采集器，第二调频源、第二发射机、第二雷达低噪放、第二接收机、第二3dB电桥、第二内定标器、第二脉冲固放、第二环形耦合器、第二采集器；

所述系统获取主星同步接收定标信号

所述系统获取辅星同步接收定标信号

所述系统获取主星同步发射定标信号

所述系统获取辅星同步发射定标信号

进一步的，所述系统还包括第一SAR行放、第一雷达环行器、第一雷达耦合器、第一同步天线，第二雷达环行器、第二雷达耦合器、第二同步天线；

所述第一内定标器用于获取主星参考定标传递函数

所述第二内定标器用于获取辅星参考定标传递函数

进一步的，所述主星同步接收定标信号

所述辅星同步接收定标信号

其中，H

所述主星同步发射定标信号

所述辅星同步发射定标信号

其中，

进一步的，系统通过主星发射、主星接收成像回波信号链路获取主星SAR回波信号S

主星SAR回波信号S

S

系统通过主星发射、辅星接收成像链路获取辅星SAR回波信号S

辅星SAR回波信号S

S

其中，H

进一步的，系统通过主星发射、辅星接收相位同步信号链路获取主星同步互传信号S

主星同步互传信号S

系统通过辅星发射、主星接收相位同步信号链路获取辅星同步互传信号S

辅星同步互传信号S

其中，

进一步的，所述系统发射信号时序为：

在成像开始前，进行五定标信号的发射及接收：分别依次完成同步发射定标、同步接收定标、参考定标、接收定标及发射定标，每种定标分别采集N个脉冲，N的大小取决于信号信噪比；

在完成五回路定标后，进行第一次星间同步测量信号互传，采用1个回波信号脉冲重复周期完成相互传输；后续以一定的周期同步测量信号互传，此过程中同步链路周期性的打断雷达成像时序，打断周期为同步频率f

完成所有成像脉冲后，再次进行五定标信号的发射及接收：分别依次完成发射定标、接收定标、参考定标、同步接收定标及同步发射定标，每种定标同样分别采集N个脉冲，完成整个系统时序。

第二方面，提出一种基于五定标的干涉SAR星间同步方法，包括以下步骤：

S1、录取主星SAR回波信号S

S2、对所有录取的主星SAR参考定标信号

S3、利用加和平均后的主星SAR参考定标信号

S4、利用加和平均后的主星同步接收定标信号

S5、对主星同步互传信号S

S6、利用辅星动态处理模板对辅星SAR回波信号S

进一步的，S3所述主星处理模板为

进一步的，S4所述辅星处理模板固定部分为

进一步的，S5所述辅星动态处理模板为

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提供了一种双基SAR系统相位同步的系统和方法，通过系统设计，增加了同步系统的定标链路，并设计定标及同步时序，通过对同步通道误差的估计，进一步降低了辅星相位同步误差，提升了双星SAR系统干涉测量精度。

(2)本发明提出的方法可进一步推广至多星组网系统，也可直接应用于轻小型双星编队SAR卫星系统、高精度立体测绘卫星系统等，在地形测绘、城市监测、资源勘察、灾害预警等民用领域均有广泛应用，在军事方面也可以进行地形实时测绘，战场高精度地形测绘等应用，具有广阔和重要的应用前景和价值。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统示意图；

图2为本发明实施例一种基于五定标的干涉SAR系统发射信号时序设计示意图；

图3为本发明实施例一种基于五定标的干涉SAR星间同步方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

本发明在传统三定标SAR载荷的方案的基础上，设计了针对同步系统的五定标系统以及同步测量时序，消除了由于引入同步系统带来的收发通道误差，提升了双基系统信号的相干性，进而提升了系统干涉性能。

如图1所示，本发明首先提出一种基于五定标的干涉SAR星间同步系统，系统的组成包括调频源1(发出的信号记为S

调频源2(发出的信号记为S

1)主星发射，主星接收成像回波信号链路：

调频源1发出的信号S

S

2)主星发射，辅星接收成像链路：

调频源1发出的信号S

S

3)主星发射，辅星接收相位同步信号链路：

调频源1发出的信号S

4)辅星发射，主星接收相位同步信号链路：

调频源2发出的信号S

5)参考定标链路

调频源1发出的信号S

调频源2发出的信号S

6)接收定标链路

调频源1发出的信号S

调频源2发出的信号S

7)发射定标链路

调频源1发出的信号S

调频源2发出的信号S

这里由于系统采用一发双收工作模式，辅星在实际成像工作中，并不发射信号，所以辅星SAR发射定标信号

8)同步接收定标链路

调频源1发出的信号S

调频源2发出的信号S

9、同步发射定标链路

调频源1发出的信号S

调频源2发出的信号S

如图2所示，基于所述的干涉双星SAR系统，设计一种基于五定标的干涉SAR系统发射信号时序，具体为：

1)在成像开始前，首先进行五定标信号的发射及接收，分别依次完成同步发射定标、同步接收定标、参考定标、接收定标及发射定标，每种定标分别采集N个脉冲，N大小取决于信号信噪比；

2)在完成五回路定标后，进行第一次星间同步测量信号互传，采用1个回波信号脉冲重复周期完成相互传输；后续以一定的周期同步测量信号互传，由于星间同步链路与SAR载荷成像链路采用相同的发射及接收设备，则同步链路需要周期性的打断雷达成像时序，打断周期即为同步频率f

3)完成所有成像脉冲后，再次进行五定标信号的发射及接收，分别依次完成发射定标、接收定标、参考定标、同步接收定标及同步发射定标，每种定标同样分别采集N个脉冲，进而完成整个系统时序。

基于本发明所述的干涉SAR星间同步系统，提出一种基于五定标的干涉SAR星间同步方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、录取回波信号，对回波信号进行分类，分别为：主星SAR回波信号S

录取回波信号完成后，在进行接下来的方法处理流程之前，优选执行如下操作：判断定标信号(包括主星SAR参考定标信号

S2、对所有录取的主星SAR参考定标信号

假设加和平均处理后得到的定标信号分别表示为：主星SAR参考定标信号

S3、利用加和平均后的主星SAR参考定标信号

其中，根据图1所示的系统传递函数，主星处理模板获取过程如下：

主星定标过程为：主星SAR发射定标信号

主星SAR定标信号S

根据式(1)、式(2)，可得到如下结果：

其中，K

S4、利用加和平均后的主星同步接收定标信号

其中，根据图1所示的系统传递函数，辅星处理模板获取过程如下：

主星发射辅星接收标定过程如下，如式(3)所示，根据主星发射，辅星接收成像链路，辅星SAR回波信号S

S

即可表示为

又有

根据式(5)，得到：

又

所以，根据式(3)，得到辅星SAR回波信号S

其中，K

S5、对主星同步互传信号S

根据步骤S4的推导，辅星成像的动态处理模板为

S6、利用辅星成像的动态处理模板对辅星SAR回波信号S

需要说明的是，对主星进行成像处理或者对辅星进行成像处理的方式不进行限制，可以通过现有的星载SAR成像方法实现。

综上，本发明通过系统设计获取了发射、接收、参考以及同步链路发射、同步链路接收这五路定标信号，同时，获取了双星间互发的同步链路信号，利用同步信号及五路定标信号，共同消除了双基SAR系统相位误差以及同步系统收发通道的幅相误差，提升了双多星SAR系统干涉性能。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。