多通道SAR误差估计与补偿方法及其实测数据验证
高分辨SAR-ISAR成像及误差补偿技术研究
高分辨SAR-ISAR成像及误差补偿技术研究高分辨SAR/ISAR成像及误差补偿技术研究摘要：合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 及逆合成孔径雷达 (Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR) 是目前遥感领域中非常重要的成像技术。
它们在航空航天、国土资源、环境监测等领域具有广泛应用前景。
然而，由于各种因素的干扰，如平台运动、大气吸收、电离层扰动等，会引起成像结果的模糊和失真。
因此，研究高分辨SAR/ISAR成像及误差补偿技术，对于提高图像质量和准确性具有重要意义。
一、引言合成孔径雷达 (SAR) 和逆合成孔径雷达 (ISAR) 是利用雷达技术实现高分辨率成像的重要手段。
SAR通过对多个雷达回波信号进行合成，从而获得高分辨率的雷达图像。
ISAR则是通过对目标旋转运动过程中产生的雷达回波信号进行合成，实现高分辨率舰船、飞机等目标的成像。
然而，由于存在多种误差，如平台姿态不稳、大气吸收、电离层扰动等，会导致图像失真和模糊。
二、SAR/ISAR成像误差源和补偿技术1. 平台运动误差平台运动误差是导致SAR/ISAR成像失真的主要因素之一。
包括平台轨迹偏离期望轨迹、轨迹抖动等。
为了解决这个问题，可以采用运动补偿技术，包括观测时域校正、频域校正、相位校正等方法，从而消除或减小平台运动误差对成像结果的影响。
2. 大气吸收误差大气吸收是导致SAR/ISAR成像图像模糊的重要因素之一。
大气对雷达信号的吸收会引起信号能量减弱，从而影响成像质量。
针对这个问题，可以采用大气纠正技术，通过对信号进行补偿，消除大气吸收对图像的影响。
3. 电离层扰动误差电离层的不均匀性和不稳定性会引起ISAR图像的模糊。
为了补偿这种误差，可以采用电离层补偿技术，通过对电离层引起的相位延迟进行补偿，提高ISAR图像的质量。
三、高分辨SAR/ISAR成像技术研究进展1. 高分辨SAR成像技术研究进展高分辨SAR成像技术的研究主要集中在算法优化和系统设计两个方面。
基于DPCA的多通道机载SAR动目标检测和参数估计方法
山西建筑SHANXI ARCHITECTURE第45卷第3期・162・0 0 2 1年2月VoL 45 No. 3Feb. 2021文章编号:1999-3526 (2021) 03-3190-32基于DPCA 的多通道机载SAR 动目标检测和参数估计方法李世峰(昌乐县散装水泥技术推广服务中心，山东昌乐262609)摘 要:在分析多通道机载SARGMTI 模式回波的基础上，结合移位相位中心天线(Displaceb Phase Centro Antenga , DPCA )技术，提出一种适用于多通道机载SAR/GMTI 模式的杂波抑制和参数估计算法。
该方法将传统的DPCA 方法扩展到三个或者更多个通道,从而获得更好的性能，不仅能够有效地实现杂波抑制，还能够较准确的估计出动目标的运动参数。
仿真数据证明了该方法的 有效性。
关键词:移位相位中心天线(DPCA )，多通道SAR 系统，动目标检测,参数估计中图分类号:TN953 文献标识码:A. 概述动目标检测是合成孔径雷达(Synthetic ApeOure RaPac , SAR)应用的一个重要方面。
由于受到地面杂波和系统噪 声等干扰信号的影响，地面动目标不易被检测到，为了实现 动目标检测和参数估计,首要的步骤是进行杂波抑制,根据 雷达系统的通道数目可以采用不同的杂波抑制算法。
目前 常用的杂波抑制算法主要有：移位相位中心天线(Displaceb Phase Centec Antenna , DPCA )［］、沿迹干涉(Along-tmck In- teOemmetm, ATI )［］、杂波抑制干涉(Clutter Suppmssiou In- terferometm ,CSI )［］以及空时自适应处理(Space-Time Adap tive Processing,STAP) ［3］。
其中DPCA 算法和ATI 算法主要用于两通道系统 中⑴2，参数估计精度低。
一种改进的方位多通道SAR误差校正方法
数、 编号等信息 ， 进 而 构 造 导 向矢 量 和 代 价 函数 估 计 出 通 道 误 差 ， 有 效 解 决 了模 糊 分 量 随 基 带 频 率 变 化 时 子 空 间 划 分 不 准 确 的 问题 ， 提 高 了成像 质 量． 实 测 数 据 处 理 结 果 证 明 了文 中算 法 的有 效 性． 关 键 词 ：方 位 多 通 道 合 成 孔 径 雷 达 ； 通道误 差； 子 空间； 多 普 勒模 糊
２ ０ １ ７年 ６月
西 安 电子 科 技 大 学 学 报 （ 自然 科学 版 ）
Ｊ０ＵＲＮＡＬ ｏＦ Ｘ Ｉ ＤＩ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ
Ｊ ｕ ｎ． ２ Ｏ１ ７
Ｖ０ ｌ ＿ ４ ４ Ｎｏ ． ３
第 ４ ４卷
第 ３ 期
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ Ｏ ｌ 一 ２ ４ ０ ０． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ０ ０ ３
ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｌ ｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｎｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｏｎ ｔ ｈｅ ａ ｍｂ ｉ ｇ ｕｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｏｎ ｅ ｎｔ ｓ ｂ ｙ ｔ ｈｅ ｓ ｐ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅ ｌ ｙ．Ｔｈｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ．
一种星载多通道高分辨率宽测绘带SAR系统通道相位偏差估计新方法
模二次规划 问题，然后利用经典二次规划 问题求解方法 一 特征值松弛法（ Ｅ ｉ ｇ ｅ ｎ — Ｖ ａ ｌ ｕ ｅ Ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｅ Ｖ Ｒ ） 及半 正定 松弛法（ Ｓ ｅ ｍｉ — Ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｒ ｅ ｌ ａ ｘ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｓ Ｄ Ｒ ） 求解该 问题，获取 Ｈ Ｒ ＷＳ Ｓ Ａ Ｒ系统通道间的相位偏差估计值 。理论分析
文献标识码： Ａ
文章编号： １ ０ ０ ９ — ５ ８ ９ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — １ ８ ６ ２ — ０ ７
Ａ Ｎｏ ｖ ｅ ｌ Ｃｈ ａ ｎｎ ｅ ｌ Ｐｈａ ｓ ｅ Ｂｉ ａ ｓ Ｅｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｐａ ｃ ｅ ｂｏ ｒ ｎｅ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － － ｃ ｈａ ｎｎ ｅ ｌ Ｈｉ ｇ ｈ － ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｗ ｉ ｄ ｅ － － ｓ ｗａ ｔ ｈ Ｓ ＡＲ
ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｓ ＡＲ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ａ ｒ ｅ ｃ ｈ ｏ ｅ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｓ ＡＲ ｉ ｎ ａ ｚ ｉ ｍｕ ｔ ｈ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｄｏ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ ａ ｍｂ ｉ ｇ ｕ ｉ ｔ ｙ ｔ ｏ ｇ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ
高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像理论与方法
高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像理论与方法高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像理论与方法一、引言在遥感技术的发展过程中，合成孔径雷达（SAR）成像技术凭借其对地球的观测能力、无视日夜、云雾等自然干扰因素的优势，逐渐成为了一种重要的遥感数据获取手段。
随着对地观测数据的需求越来越多样化，SAR技术也在不断创新与进步。
本文将介绍一种新的SAR成像理论——高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像理论，并探讨其方法。
二、高分辨宽测绘带多通道SAR成像理论传统SAR成像技术在实际应用中存在分辨率不高、测绘带窄、成像模糊等问题。
针对这些不足，高分辨宽测绘带多通道SAR成像理论应运而生。
该理论通过综合使用多个频带的SAR数据，提高分辨率和测绘带宽度，达到更精细、全面的地物观测效果。
1. 多通道SAR原理多通道SAR成像技术是指在一个SAR系统中，使用多个SAR器件获取不同频率的SAR数据。
利用这些频率之间的相位差异，我们可以利用合适的图像处理算法，实现高分辨率的成像。
2. 高分辨宽测绘带SAR成像理论高分辨宽测绘带SAR成像理论是基于多通道SAR原理的进一步拓展。
通过利用多通道SAR数据，系统通过对多通道数据进行融合和处理，将不同频率的数据进行拼接，提高地物辨识度，同时实现更大范围的测绘带宽度。
三、动目标成像理论动目标成像是指对运动目标进行成像和跟踪的技术。
传统的SAR技术在成像静止目标时表现良好，但对于运动目标的成像存在较大挑战。
针对这一问题，动目标成像理论应运而生。
传统的SAR成像技术使用的是静态目标模型，只能得到目标的静态位置和形状信息。
而动目标成像理论则引入了目标的运动特性，通过对目标运动进行建模和预测，实现对运动目标的成像和跟踪。
四、高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像方法在高分辨宽测绘带多通道SAR和动目标成像方法中，首先需要获取多通道SAR数据，并将其进行预处理。
然后，通过合适的算法对多通道SAR数据进行融合，实现高分辨率和宽测绘带成像。
机载双通道SAR／DPCA误差分析
Ｅ ｒｒ ｎｌｓ ｒ ｉ ｏｎ ｕｌ ｈ ｎ ｅ Ｓ Ｒ Ｄ Ｃ ｙｔｍ ｒｏ ａ ｉｆ ｒ ｒ ｅ ａ Ｃ ａ ｎｌ Ａ ／ Ｐ Ａ Ｓ ｓ Ａ ｙ ｓｏ Ａ ｂ Ｄ － ｅ
Ｙａ ｇ Ｘｉｎ ｌ ｎ ａ －ｉ ｎ Ｐａ ｈ — ａ ｇ ｎ Ｚ ｉｇ ｎ Ｓ ｅ ｎ ｈ ｎ Ｔｉ ｇ
机载双通道 Ｓ Ｒ Ｄ Ｃ Ａ ／ Ｐ Ａ误差分析
杨 贤林 潘志 刚 沈
北京
汀
１０ ８ １ ０ ０ ０
（ 中国科学院电子学研 究所
摘 要 ：Ｓ Ｒ Ｄ Ｃ 技术是一种简单实用 的多通道Ｓ Ｒ 动 目标检测方法，实际应用中会受到各种误差因素的限 Ａ ／Ｐ Ａ Ａ 运
制 ，其 中 影 响算 法性 能 最 大 的两 类 误差 是 载机 速 度 误差 和通 道 失 衡 。该 文 详细 地 分析 了这 两类 误 差 因素 对
ｖ ｌ ｉｙ ｅｏ ｔ ｃ
１ 引言
双 通道Ｓ Ｒ Ａ 距离 多普勒数据域ＤＰ Ａ Ｄ ｓｌ ｅ ｈ ｅ Ｃ （ｉ ａ ｄＰ ａ ｐｃ ｓ
Ｃ ｎｅ ｔＩｌ１ ｅ ｔｒ Ａｎｅｌａ 算法 １是一种 简 单， 实用性强 的ＤＰ Ｉ １ ＣＡ算
失衡相 比，基线长度误差和天线方 向图的不一致性对检测性
能 的 影 响 要 小 得 多 所 以木 文 的 误 差 分 析 主 要 考 虑 载 机 速
多通道SAR-GMTI方法研究
多通道SAR-GMTI方法研究多通道SAR-GMTI方法研究概述合成孔径雷达对地面动目标检测和跟踪具有重要的应用价值。
在一般的SAR(GMTI)系统中，由于单通道的限制，导致地面目标在距离、速度和方位角上难以一起得到精确的估计，同时还存在有限的抗杂波能力。
因此，多通道SAR-GMTI方法的研究成为了当前合成孔径雷达领域的热点之一。
本文旨在介绍多通道SAR-GMTI的研究现状，并对其研究方法进行探讨。
一、多通道SAR-GMTI的概念与特点多通道SAR-GMTI是指利用多通道合成孔径雷达获取的多个回波信号进行数据处理，以实现对地面动目标的检测与跟踪。
相比于传统的单通道SAR-GMTI方法，多通道SAR-GMTI具有以下特点：1. 提高目标辅助同步定位由于多通道SAR能够获得多个同时刻的回波数据，这些数据可以提供目标在距离、方位角以及速度等多个维度上的信息，从而提高了目标的辅助定位能力。
多通道合成的信息可以提供更多的约束条件，从而减小了目标同步定位的误差。
2. 增加杂波抑制性能在多通道SAR-GMTI中，不同通道的回波数据可以通过复杂MIMO（Multiple Input Multiple Output）雷达的集成处理，在信号处理过程中增加冗余信息，从而大幅增强了系统的抗杂波能力。
同时，利用不同通道间的相干性，可以更准确地估计目标的多通道信息，从而提高抗杂波性能。
3. 提高目标分辨能力多通道SAR-GMTI系统通过对多个通道的回波信号进行融合处理，可以在不增加成像复杂度的情况下，提高目标的分辨能力。
由于不同通道的相对位置与目标之间存在差异，可以通过合理的算法对目标进行更准确的定位和分辨。
二、多通道SAR-GMTI方法研究进展目前，多通道SAR-GMTI方法的研究主要集中在以下几个方面： 1. 多通道数据融合与杂波抑制针对多通道合成孔径雷达的数据处理问题，研究者提出了多种多通道数据融合和抑制杂波的算法。
多通道ISAR高分辨成像及误差校正技术研究
多通道ISAR高分辨成像及误差校正技术研究多通道ISAR高分辨成像及误差校正技术研究摘要：合成孔径雷达（SAR）是现代远距离监测和成像的重要工具，但对于运动目标的成像通常存在分辨率低、轮廓模糊等问题。
多通道逆合成孔径雷达（ISAR）技术作为一种改进的ISAR成像方法，可以有效提高成像质量，准确还原目标形状信息。
本研究主要通过对多通道ISAR的高分辨成像算法及误差校正技术进行研究，实现对目标的精确成像。
1. 引言合成孔径雷达（SAR）是一种通过合成孔径信号处理技术，实现对地面、海洋等目标进行成像的遥感技术。
然而，对于高速运动目标，传统的SAR成像方法往往很难实现高分辨率、准确的成像。
逆合成孔径雷达（ISAR）技术的引入为高分辨率成像提供了新的思路。
2. 多通道ISAR原理多通道ISAR基于目标回波采集的多通道雷达数据，通过对多个视角的目标回波信号进行解调和相干积累，实现对目标的高分辨率成像。
首先，将多通道输入信号通过相移处理，然后对各通道的相移信号进行复合，消除多通道间的干涉效应。
最后，通过相位校正和逆傅里叶变换得到目标的成像结果。
3. 多通道ISAR高分辨成像算法在多通道ISAR高分辨成像算法中，实现高分辨成像的关键是通过多通道信号的积累实现高解调效果。
利用目标回波信号的周期性特征，可以实现多通道信号的相干积累，从而提高成像分辨率。
同时，针对目标背景干扰的问题，采用多通道数据的配准处理，消除误差，提高成像质量。
4. 多通道ISAR误差校正技术在多通道ISAR成像过程中，由于各个通道间的差异性，以及目标运动引起的多通道相位误差，都会影响到成像质量。
因此，误差校正技术在多通道ISAR成像中起着至关重要的作用。
常见的误差包括多通道成像几何失配、多通道相位误差等。
通过对多通道数据进行预处理、配准、相位校正等步骤，可以有效减小误差，提高成像精度。
5. 实验结果及分析本研究通过对某航空器模型的多通道ISAR成像实验，验证了所提出的高分辨成像算法及误差校正技术的有效性。
基于协方差矩阵特征分解的多通道SAR-GMTI方法及性能分析
裹１运动目标参数
０
兽一１０
料 １碌一２０
一３０ 县
一４０
一本文方法
…一ＤＰｃＡ方法
方位（ｍ） 图３检测效果对比图
对检测到的运动目标进行径向速度粗略估计得到的估
计值依次为：‰一１＝１．３２ｍ／ｓ，％一２＝１．９３ｍ／８，％—３＝ 一１．０８ｍ／８。再用构造的空域导向矢量对速度进行精确估计， 例如对目标２，搜索输出功率，其最大值对应的速度值为 ２．１１７０ｍ／８，即为目标２径向速度的精确估计值。
系数；｛·）Ｔ表示转置，｛·）Ｈ表示共轭转置。
在３幅ＳＡＲ图像经过精确配准后，杂波的自由度为１，
系统的可控自由度为３，故在３通道ＳＡＲ数据的协方差矩阵
特征分解后，存在１个大特征值入和２个小特征值凡和～。 在ＳＡＲ图像中，杂波的能量占绝大部分，协方差矩阵经过 特征分解后，大特征值所对应的特征矢量饥构成杂波子空
ｍ躺ｒｉ）（ｉｓ
ｐｒｏｐｏ∞ｄ．Ｔｈｅ、街ｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ８ｕｍ ｏｆ ８ｍａｕ ｅｉｇｅＩⅣ甜ｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏ州”ｉａ．ｎｃｅ ｍａｔｒ救ｉ８ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｍｏ、，ｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ８．
Ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｔａｒ蓉ｅｔ ｉ８鹊ｔｉｍａｔｅｄ ｂｙ拥，０ ８ｔｅｐ８．Ｆｉｒ８ｔｌｙ＇ｕ８ｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏＩｎｅ七ｒｉｃ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｗｏ
由式（６）可以看出，不同的通道接收到的目标信号相差一 个由目标的径向速度引起的相位，将该相位项联立就可以得 到运动目标的空域导向矢量：
７＝卜卜警］，．．．，唧卜警］】１∽
根据波束形成的思想，当用该导向矢量构成的权矢量对
信号进行波束形成时，运动目标的信号被相干积累其输出最
机载方位多通道SAR相干成像关键技术研究及实验
机载方位多通道SAR相干成像关键技术研究及实验机载方位多通道SAR相干成像关键技术研究及实验引言：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种通过合成大于其天线实际长度的孔径，以实现高分辨率成像的雷达成像技术。
机载SAR是在飞机等载体上搭载的SAR系统，具有高时效性、高精度等特点。
机载方位多通道SAR相干成像技术能够更准确地还原雷达映射场景，因此近年来备受关注。
本文将对机载方位多通道SAR相干成像的关键技术进行研究，并结合实验结果进行分析与讨论。
一、机载SAR系统和多通道SAR相干成像技术的背景机载SAR系统通常采用近距离FSMC（SAR for small and medium-size carry-on platforms）配置，其具有体积小、重量轻、功耗低的优势。
而多通道SAR相干成像技术可以通过多个雷达波束接收到多通道的回波信号，从而提高成像质量。
在机载SAR中，多通道相干成像技术应用广泛，并被广泛研究。
二、机载方位多通道SAR相干成像技术的原理机载方位多通道SAR相干成像技术的原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，通过载体运动信息去除多普勒频移；然后，利用多通道处理技术进行波束形成；接下来，进行相位校准和相位合成；最后，实现成像。
其中，多通道处理技术包括多通道数据的融合和相位校准，目的是准确地恢复雷达回波信号的相位差异。
三、多通道数据融合多通道数据融合是机载方位多通道SAR相干成像技术中的关键步骤。
该过程旨在将多个通道的回波信号进行合并，从而提高成像的质量和分辨率。
常见的数据融合方法有加权平均法和特征相似性法。
通过合理选择权重值或特征相似性度量方法，可以有效地消除不同通道之间的相位差异和噪声影响，从而得到更准确的图像。
四、相位校准相位校准是机载方位多通道SAR相干成像中的关键技术之一。
相位校准旨在消除多通道间的相位差异，以获得一致的相位信息。
常见的相位校准方法有相位差分法和相位校准模型法。
方位多通道SAR的通道间误差影响分析
子
测
量
技
术
第 ４ Ｏ卷 第 ７期
２ Ｏ ｌ ７年 ７月
ＥＩ ＥＣＴ Ｒ（ ） ＮＩ Ｃ Ｍ ＥＡ ＳＵ ＲＥ Ｍ Ｅ ＮＴ ＴＥＣ Ｈ Ｎ Ｏ Ｉ ＯＧ Ｙ
方 位 多通 道 Ｓ ＡＲ 的 通 道 间 误 差 影 响 分 析
徐 辉 刘 爱 芳 夏 雪
（ 南京 电子 技 术研 究 所 南 京 ２ １ ０ ０ ０ ０ ）
ｏ ｆ ｃ ｈａ ｎｎｅ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏｆ ａ ｚ ｉ ｍ ｕｔ ｈ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｈａ ｎ ｎｅ ｌ ＳＡ Ｒ ｉ ｍａ ｇｉ ｎｇ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄｉ ｅ ｄ． Ｆｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ，ｔ ｈｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ～ ｃ ｈａ ｎ ｎｅ ｌ ＳＡ Ｒ ｓ ｉ ｇｎ ａ ｌ ｍ ｏｄ ｅ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｈａ ｎｎｅ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ；ｔ ｈｅ ｃ ｈ ａ ｎｎｅ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｃ ｏ ｍ ｐｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕｍ ｒ ｅ ｃ ｏｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ａ ｒ ｅ ｐｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｅ ｄ；Ａ ｃ ｃ ｏｒ ｄｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ｅ ｒ ｒ ｏｒ ｍｏ ｄｅ ｌ ａ ｎｄ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａｌ ｇｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｉ ｓ ｇｉ ｖｅ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｄａ ｔ ａ，ｔ ｈｅ
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相控阵体制SAR系统的误差建模与补偿方法
太赫兹科学与电子信息学报
2018 年 2 月
Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology
Vo1．16，No．1 Fe b．， 2018
文章编号：2095-4980(2018)01-0051-06
Abstract：The non-ideal characteristics of central electronic equipment and phased array antenna in Synthetic Aperture Radar(SAR) system can introduce systematic errors, which may contribute to amplitude and phase errors of SAR signal, and hence degrades SAR images. A model is presented to derive signal errors due to non-ideal characteristics of central electronic equipment and phased array antenna, and a method is proposed to correct the errors. The model shows that the error resulting from central electronic equipment is almost invariant, while the error resulting from phased array antenna varies with the direction of the beam and is modulated by the attenuation and phase shift amount of T/R. The system error of phased array antenna SAR can be extracted by system testing or analysis calculation, and then can be compensated during SAR imaging process.
多通道SAR-GMTI通道盲均衡算法
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) (Troop 93942 of PLA, Xianyang 712000, China)
Abstract: Channel blind equalization algorithm based on Eigen-Decomposition (ED) of data covariance matrix can be applied to calibrate the channel mismatch for multi-channel SAR/GMTI system. However, this algorithm has a disadvantage that it suffers from a slow convergence rate. In this paper, the principle of channel blind equalization algorithm is firstly investigated. Then, to improve its convergence rate, reduced-dimension technique is used into this algorithm and a new channel blind equalization algorithm is proposed. Experimental results on simulation data and measured SAR data demonstrate that compared with the conventional channel blind equalization algorithm, the proposed algorithm shows a fast convergence rate and is able to calibrate channel mismatch with much less sample support. Key words: Ground moving target detection; Space adaptive processing; Channel blind equalization; Reduceddimension technique
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第31卷第6期电子与信息学报Vol.31No.6 2009年6月Journal of Electronics & Information Technology Jun. 2009多通道SAR误差估计与补偿方法及其实测数据验证马仑廖桂生李真芳(西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室西安 710071)摘要：多通道SAR系统能够突破最小天线面积条件的约束，同时获得宽测绘带、高分辨率的SAR图像。
相对于单通道SAR系统，多通道系统中存在更多的误差源，这将大大降低SAR图像的质量。
利用一组三通道SAR实测数据作为实验对象，根据各种误差源对SAR成像处理的影响，对系统中可能存在的各种误差源进行了分类并给出相应补偿方法。
实测数据的处理结果验证了以上方法的有效性。
关键词：合成孔径雷达；多普勒模糊；分布式小卫星；波束形成中图分类号：TN958 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2009)06-1305-05An Approach for Multi-channel SAR Array ErrorCompensation and Its Verification by Measured DataMa Lun Liao Gui-sheng Li Zhen-fang(National lab of Radar Signal Processing, Xidian University, Xi’an 710071, China)Abstract: Multi-channel SAR system can avoid the minimum antenna area constraint, thus achieving wide swath and high resolution SAR image. There are more deleterious factors in multi-channel SAR system compared with single-channel SAR system, which may degrade the quality of SAR image greatly. In this paper, all the deleterious factors in the system are analyzed and classified according to their impact on the SAR imaging processing, and approaches of array error estimation and its compensation are presented, respectively. The validity of the proposed method is verified by experimental results of measured Tri-channel SAR data.Key words: Synthetic Aperture Radar (SAR); Doppler aliasing; Distributed small satellites; Beamforming1引言未来的合成孔径雷达(SAR)要求对大面积区域进行高分辨率实时监视，这对SAR系统提出了更高的要求。
传统SAR(特别是星载SAR)系统受到最小天线面积条件的限制，无法同时获得宽测绘带、高分辨率的SAR图像。
为了获得宽测绘带而不产生距离模糊，雷达脉冲重复频率不能太高；而为了不产生多普勒模糊，天线的方位波束必须较窄，即天线的方位孔径不能太短，这就限制了方位分辨率的提高。
针对上述矛盾，国内外很多文献提出了各种折衷的办法[1,2]，但这些方法仍然无法突破最小天线条件的限制。
将一个传统大天线分割成若干个小孔径子阵进行发射和接收，再对接收的回波数据进行相干联合处理，是解决此矛盾的一种可行途径[3]。
即小孔径天线可以覆盖足够宽的观测带和实现高方位分辨率，而联合多个小孔径天线接收的回波信号可以解决距离/多普勒模糊(多个接收天线接收数据相当于增加了空间采样位置)，可以同时获得大测绘带和高分辨率的SAR 图像。
特别是近年来国内外广泛研究的分布式小卫星SAR 体制[3,4]，即将小孔径天线分别放置在编队飞行的小卫星平台2008-04-28收到，2008-09-29改回国家自然科学基金(60502045)资助课题上，是一种非常有前景的实现系统。
关于解决多通道SAR系统的小孔径天线接收模糊问题，是当前研究的一个重点方向。
国内外文献提出了各种抑制多普勒模糊的方法[46]−。
理想条件下，以上方法都能够较好地恢复出无模糊的地面场景信息。
但在实际系统中不可避免地存在多种误差源，包括定时误差、波束指向误差、频率同步误差、基线误差、通道误差和偏航(导致各个子孔径天线非沿航向直线排列)等，这些误差严重制约着上述方法的性能。
由于多通道SAR实测数据的匮乏，在以往文献中对这些误差的综合考虑较少。
这些误差源对多通道SAR成像处理会产生不同的影响。
本文将根据误差源导致的不同影响，对它们进行分析和分类，进而联合估计并补偿。
我们与某研究所合作，录取了一批三通道SAR的实测数据。
本文以这批实测数据作为实验对象，验证以上误差估计和补偿的方法。
2 多通道SAR的信号模型及多普勒模糊定义多通道SAR系统的坐标系：X轴为雷达速度方向(平行于地面)，Z轴垂直于地面向上，Y轴垂直于X轴与Z 轴所确定的平面，构成右手直角坐标系。
本实验中的机载SAR系统以条带模式录取数据，正侧视观测；采用波导缝隙天线，共有3个子阵，各子阵天线沿航向均匀放置，相邻子1306 电 子 与 信 息 学 报 第31卷 阵的相位中心相距0.559m ；采用一发多收体制，当基线长度不十分长时，可等效为所有子阵各自收发，只是相位中心移至原发、收子阵连线的中心(同时需对回波补偿一个常数相位)[7]，等效后各子阵相距0.2795m 。
t ,τ分别表示方位慢时间和距离快时间，在0t =时刻，第1个子阵的坐标为(0,0,0) (参考阵元)，第m 个子阵的坐标为(,,)m m m x y z (1,2,,m = M ,M 为通道数)。
若参考通道在某一距离单元接收的回波数据为1(,)s t τ，无误差情况下，m 通道接收的回波数据为1(,)(/,)m m s s t s t x v ττ=+(s v 为平台运动速度)。
将回波数据沿方位慢时间作傅里叶变换至多普勒域，得到：2/1(,)(,)d m s j f x v m d d S f e S f πττ=⋅ (1)式中d f 表示多普勒频率，1(,)d S f τ和(,)m d S f τ分别为1(,)s t τ和(,)m s t τ的傅里叶变换。
本试验的多通道SAR 系统工作在X 波段，每个子阵的方位孔径大小为0.552m ，载机的速度为120m/s ，考虑到各种实际因素主瓣地面场景回波的多普勒谱限制在大约[-300,300]Hz 的范围内。
脉冲重复频率r f =200Hz ，这将导致回波信号在多普勒域模糊3次，模糊多普勒谱的数学描述如下：14sin ()/11(,)(,),1,0,1mi d j xf m d d i S f e S f if i πφλττ=−=+=−∑ (2)其中sin ()()/(2)i d d r s f f if v φλ=+ (3)式中d f 的取值范围为[/2,/2]r r f f −。
由于2sin /d s f v φλ=(φ为雷达至目标射线相对速度向量法平面的斜视角)，式(2)表示对于同一多普勒频率将有来自3个方位角(1()d f φ−，0()d f φ和1()d f φ)回波信号。
如果对任一子阵的回波数据作SAR 成像处理，每一个SAR 像素对应3个不同方位地面散射单元回波的叠加，这将导致无法得到清晰的SAR 图像。
联合各通道的回波数据可以重构完整的无模糊多普勒谱。
处理方法的基本思想为：基于SAR 回波多普勒谱的缓变性，每一个多普勒单元输出都与一定的射线方位角相对应，本文中一个多普勒单元对应多个方位角；对每个多普勒输出利用多通道阵列作空域滤波处理，分别取出所有谱分量，并拼接成无模糊的完整谱；最后利用传统SAR 成像处理获得高质量的SAR 图像。
理想条件下，以上方法能够较好地恢复完整的多普勒谱，但在误差环境下，多普勒模糊抑制性能将大大降低。
下一节将根据实际系统中存在的各种误差源对多通道SAR 成像处理的影响对其进行分析和分类。
3 多通道SAR 系统误差分析下面分析影响多普勒模糊抑制性能的几种主要因素。
首先，实现空域滤波的权矢量与空域导向矢量联系密切[3]，当导向矢量存在误差时，将使增益约束方向无法对准需要取出的谱分量，导致信噪比损失。
其次，当各通道的地面回波谱沿距离向没有对齐(配准)时，多通道联合数据矢量将不代表相同的地面单元，从而无法有效地对消掉模糊分量。
另外，对多通道的数据进行相干联合处理要求各通道数据之间的相干性足够高，否则将导致多普勒模糊抑制性能下降。
综上所述，误差源的影响可以分成如下3大类：(1)各通道杂波谱在距离快时间域没有对齐，即回波包络的时延不同，称为包络配准误差。
这类误差源包括：时间同步误差(定时误差)、频率同步误差、偏航导致的垂直航向基线分量。
时间同步误差(定时误差)是指多通道SAR 系统采样触发脉冲的时间不一致性或抖动，导致各通道回波包络时延不同。
频率同步误差指接收本振与发射载频的不一致性。
固定频率误差将使目标像的位置产生偏移。
偏航指运动平台在各种干扰力矩(例如风速)的影响下，具有垂直于航向的速度分量，导致垂直航向基线的存在，从而引起包络配准误差。
(2)多普勒谱分量的导向矢量不准确，称为导向矢量误差。
这类误差源包括：通道之间的幅相误差、基线误差。
幅相误差由通道不一致性引起，将使空域导向矢量产生幅度和相位的扰动分量。
基线误差指各通道的空间坐标与测量值不一致，可以分为沿航向基线误差(即m x )和垂直航向基线误差(m y 和m z )。
将式(2)中的指数项矢量化，即为第i 个模糊分量的空域导向矢量：24sin ()/4sin ()/T ()[1,,,]i d M i d j x f j x f i d f e e πφλπφλ=p (4) 由式(4)，在其它参数固定后空域导向矢量主要由通道间的沿航向基线来决定，当垂直基线不太大时垂直航向基线误差可以等效为幅相误差[7]。
(3)相干性降低导致模糊抑制性能降低，称为相干性误差。
这类误差源包括：波束同步误差、各通道之间的频率特性误差。