一种交替双基地模式下回波域的相位同步方法及系统

技术领域

本发明属于空间微波雷达设计技术领域，尤其涉及一种交替双基地模式下回波域的相位同步方法及系统。

背景技术

星载双基地SAR近年来发展十分迅速，由于双基地SAR系统中频率源的分离，发射和接收振荡器之间的相对频率偏差和相位噪声不能像在单站SAR中那样被消除，这将在双站回波的方位角慢时间中引入相位误差。未补偿的相位误差不仅可能导致双站SAR聚焦失真，还可能导致干涉相位误差，这又可能导致DEM沿方位方向的低频调制，从而降低干涉SAR高度测量性能。

近年来，已经发表了一些关于干涉SAR中相位参考的研究。首先提出使用具有超稳定本地振荡器信号的连续双工卫星链路进行振荡器漂移补偿。随后，又提出了脉冲交替同步方法，该方法通过卫星上的雷达脉冲相互交换和地面上的相位同步处理来提取载波之间的相位误差。脉冲交替同步方法的缺点是它需要专用的卫星间同步链路，并且必须周期性地中断标称双基地SAR数据采集过程。为了解决这个问题，还提出了基于交替双基地模式的回波域相位同步算法，该算法利用采集的双基地回波实现相位同步，而无需任何卫星间链路或地面控制点信息。然而该方法并未进一步讨论相位同步处理和补偿方法，交替双基地回波采集过程中地形起伏变化导致的方位空变进而引入相位误差的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种交替双基地模式下回波域的相位同步方法及系统，实现了双基地SAR相位同步。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种交替双基地模式下回波域的相位同步方法，包括：对A星回波和B星回波进行子孔径划分，得到第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号；对第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号分别进行距离向脉冲压缩处理得到第一距离向脉冲压缩信号和第二距离向脉冲压缩信号；取第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息，取第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息；对第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的A星的相位结果；对第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的B星的相位结果；根据连续脉冲重复周期的A星的相位结果和连续脉冲重复周期的B星的相位结果得到相位畸变，对相位畸变进行方位向空变预补偿得到预补偿结果；根据预补偿结果进行双基地相位同步方法，完成交替双基地模式下回波域的相位同步。

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，第一子孔径回波信号通过如下公式得到：

s

m

其中，s

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，第二子孔径回波信号通过如下公式得到：

s

m

其中，s

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，第一距离向脉冲压缩信号通过如下公式得到：

c

其中，c

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，第二距离向脉冲压缩信号通过如下公式得到：

c

其中，c

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，相位畸变通过如下公式得到：

其中，c

上述交替双基地模式下回波域的相位同步方法中，双基地相位同步方法通过如下公式得到：

其中，c

一种交替双基地模式下回波域的相位同步系统，包括：第一模块，用于对A星回波和B星回波进行子孔径划分，得到第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号；第二模块，用于对第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号分别进行距离向脉冲压缩处理得到第一距离向脉冲压缩信号和第二距离向脉冲压缩信号；第三模块，用于取第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息，取第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息；第四模块，用于对第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的A星的相位结果；对第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的B星的相位结果；第五模块，用于根据连续脉冲重复周期的A星的相位结果和连续脉冲重复周期的B星的相位结果得到相位畸变，对相位畸变进行方位向空变预补偿得到预补偿结果；第六模块，用于根据预补偿结果进行双基地相位同步方法，完成交替双基地模式下回波域的相位同步。

上述交替双基地模式下回波域的相位同步系统中，第一子孔径回波信号通过如下公式得到：

s

m

其中，s

一种电子设备，包括：存储器：用于存储计算机可读指令；以及处理器：用于运行所述计算机可读指令，执行交替双基地模式下回波域的相位同步方法。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明采用双基地交叉发射信号的模式，通过子孔径相位信息的提取，基于双基地回波域信息联合处理的方法实现双基地SAR相位同步，仿真实验验证了理论分析的正确性及方法的有效性，为该方法提供了理论支撑。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的交替双基地模式下回波域的相位同步方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的改进的基于交替双基地模式的回波域相位同步方法的场景图；

图3(a)是本发明实施例提供的模拟一块存在地形起伏的地块的一个示意图；

图3(b)是本发明实施例提供的模拟一块存在地形起伏的地块的另一个示意图；

图4是本发明实施例提供的A星与B星的真实相位差的示意图；

图5是本发明实施例提供的传统算法得到的A星与B星相位差示意图；

图6是本发明实施例提供的改进的基于交替双基地模式的回波域相位同步算法得到的A星与B星相位差示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

A星发射信号和B星发射信号时间存在延迟，该延迟导致交替双基地模式下相邻两次回波的场景范围有一定的区别，针对同一个地面目标散射点，交替双基地模式下相邻回波的时延存在差异，然而这种差异在地形起伏未知的情况下不可知，该未知情况会导致双基地模式下同步过程产生未知误差，根据地形起伏该误差会严重影响相位同步准确度。

图1是本发明实施例提供的交替双基地模式下回波域的相位同步方法的流程图。如图1所示，该交替双基地模式下回波域的相位同步方法包括：

对A星回波和B星回波进行子孔径划分，得到第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号；

对第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号分别进行距离向脉冲压缩处理得到第一距离向脉冲压缩信号和第二距离向脉冲压缩信号；

取第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息，取第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息；

对第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的A星的相位结果；对第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的B星的相位结果；

根据连续脉冲重复周期的A星的相位结果和连续脉冲重复周期的B星的相位结果得到相位畸变，对相位畸变进行方位向空变预补偿得到预补偿结果；

根据预补偿结果进行双基地相位同步方法，完成交替双基地模式下回波域的相位同步。

第一子孔径回波信号通过如下公式得到：

s

m

其中，s

第二子孔径回波信号通过如下公式得到：

s

m

其中，s

第一距离向脉冲压缩信号通过如下公式得到：

c

其中，c

第二距离向脉冲压缩信号通过如下公式得到：

c

其中，c

相位畸变通过如下公式得到：

双基地相位同步方法通过如下公式得到：

具体的，该方法包括如下步骤：

步骤一：根据星载SAR系统参数，对A星B星回波按照子孔径进行划分，子孔径为1个PRT，交替双基地模式成像过程中，A星发射信号经过地面散射后A星接收到的信号与B星发射信号经过地面散射后B星接收到的信号可以按下式表示

上式中，m

m

m

步骤二：根据步骤一中划分好的子孔径，取子孔径回波信号，并对该回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到c

c

c

步骤三：根据步骤二中得到的距离向脉冲压缩处理结果，取信号中超过阈值的峰值位置相位信息，根据峰值相位即可估计时延信息τ

步骤四：根据步骤三中得到的相位信息，结合子孔径划分方式，对该相位信息进行插值处理，得到连续脉冲重复周期的A星与B星的相位结果；

步骤五：根据步骤四中得到的连续脉冲重复周期的A星与B星的相位结果，通过对交替双基地回波信号脉压结果峰值相位进行相位求差得到相位畸变，即可对方位向空变引起的相位畸变进行预补偿；

步骤六：根据步骤四中对方位向空变引起的相位畸变进行预补偿后的回波信号结果，进行传统的双基地相位同步过程，完成交替双基地模式下回波域的相位同步，具体方式可按下式给出。

实施例：

一种改进的交替双基地模式下回波域的相位同步方法，如图1和图2所示，包括步骤如下：

模拟一块存在地形起伏的地块，根据地形起伏等信息仿真其真实面目标回波，地形起伏如图3(a)和图3(b)所示。

按照步骤一对回波进行子孔径划分、步骤二以及步骤三对回波进行脉冲压缩处理、步骤四提取相位信息、步骤五进行空变预补偿、步骤六完成最终的相位同步过程，得到的结果如图5所示，根据图4、图5和图6的结果比对，表明改进的交替双基地模式下回波域的相位同步方法能够有效补偿地形起伏带来的相位误差问题，同步后相位误差满足小于正负7度。

本实施例还提供了一种交替双基地模式下回波域的相位同步系统，该系统包括：第一模块，用于对A星回波和B星回波进行子孔径划分，得到第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号；第二模块，用于对第一子孔径回波信号和第二子孔径回波信号分别进行距离向脉冲压缩处理得到第一距离向脉冲压缩信号和第二距离向脉冲压缩信号；第三模块，用于取第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息，取第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息；第四模块，用于对第一距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的A星的相位结果；对第二距离向脉冲压缩信号中峰值位置的相位信息进行插值处理得到连续脉冲重复周期的B星的相位结果；第五模块，用于根据连续脉冲重复周期的A星的相位结果和连续脉冲重复周期的B星的相位结果得到相位畸变，对相位畸变进行方位向空变预补偿得到预补偿结果；第六模块，用于根据预补偿结果进行双基地相位同步方法，完成交替双基地模式下回波域的相位同步。

本实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器：用于存储计算机可读指令；以及处理器：用于运行所述计算机可读指令，执行交替双基地模式下回波域的相位同步方法。

本实施例采用双基地交叉发射信号的模式，通过子孔径相位信息的提取，基于双基地回波域信息联合处理的方法实现双基地SAR相位同步，仿真实验验证了理论分析的正确性及方法的有效性，为该方法提供了理论支撑。

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。