CN103176184B - 一种结合干扰抑制方法的p波段sar成像处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法，能够对各个通道的回波信号进行有效的射频干扰抑制，并保证各个通道不会因为处理而造成额外的相位误差和幅度误差。步骤一：回波信号的频域幅度校正；步骤二：单通道回波信号中电视图像信号的检测；步骤三：步骤四：多通道回波信号中电视信号的抑制；步骤五：对经过步骤四处理过后的雷达回波进行自适应陷波处理，将幅值大于预设阈值的频谱成分置零，幅值小于阈值的频谱成分予以保留。

Description

一种结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法

技术领域

本发明属于雷达遥感技术领域，具体涉及一种结合干扰抑制方法的P波段SAR（合成孔径雷达）成像处理方法。

背景技术

与X、Ku等高波段SAR图像相比，P波段SAR图像携带更为丰富的极化信息，因此全极化P波段SAR在基于极化特征的遥感领域具有非常广泛的应用前景。然而，P波段与部分民用波段重叠，这就造成了P波段SAR不可避免地遭到来自民用信号的干扰（称为射频干扰）。由于射频干扰到雷达接收机进行的是单程传播，而SAR回波进行的是双程传播，所以射频干扰往往会比雷达回波大得多，如果不进行有效的抑制，不仅单通道SAR图像质量会严重下降，而且全极化SAR图像的极化隔离度、不平衡度等关键性指标也会受到严重的影响，从而大大限制了全极化图像的应用范围。

射频干扰抑制是成像处理的有机组成部分，现有的射频干扰抑制方法往往仅从降低射频干扰能量的角度出发，没有顾及后期全极化SAR图像应用对该处理步骤所做的要求。具体来讲，现有的射频干扰抑制方法主要包含以下两种：

第一种，时域自适应陷波处理。这是一种时域自适应处理算法，主要对窄带干扰有效，其基本思想是利用窄带信号和宽带信号在可预测性上的差异而达到抑制窄带干扰的目的。一种代表型的算法是基于LMS算法的自适应陷波器，其实现原理框图如图1所示，其中x(n)为待处理序列

它由宽带SAR回波信号

和窄带干扰信号v(n)＝{v(n),v(n-1),…,v(n-M+1)}组成，由于窄带信号比宽带信号更容易预测，所以自适应算法给出的是针对窄带干扰信号的带通滤波器（如果干扰信号含有多个分量，则滤波器含有多个与之相对应的通带），预测模块的输出为干扰信号的预测结果

把预测结果从接收信号x(n)中减去即可获得雷达信号的估计值

这类算法的缺陷为：

（1）只对窄带干扰有效，对带宽较大的干扰抑制效果不佳。实验表明，P波段SAR回波中的干扰多为电视信号，电视信号由带宽为8MHz（兆赫兹）的图像信号和带宽为kHz（千赫兹）量级的伴音信号组成，自适应陷波处理可有效去除伴音信号，对图像信号处理效果不佳。

（2）不具备保相性能，会造成额外的极化相位不平衡。自适应算法给出的滤波器的群延迟一般并非常数，因此会给预测结果引入相位误差。群延迟的定义如下：假设滤波器的传递函数为H(e^jω)＝|H(e^jω)|exp{jarg[H(e^jω)]}，则群延迟为

它描述的是滤波器的相位-频率特性，当它为常数时，滤波器不会给待处理信号引入相位误差。

第二种，频域陷波处理。这是一种变换域处理方法，其基本思想是利用SAR回波信号和干扰信号带宽之间的差别在频域实现二者的适度分离（仅在干扰信号的频带内二者互相混叠在一起），然后通过设置门限，将高于门限的频谱分量去除，从而达到抑制干扰的目的（如图2所示）。该方法的优点是对电视信号中的图像信号同样有效；该陷波器的群延迟为0，不会引入相位误差，满足雷达信号处理对保相性能的要求。其缺点主要体现在：

（1）门限设置不够灵活。在SAR信号采集过程中，采集信号的幅度受很多因素的影响，如：地物散射特性、接收信号的信干比（信号-干扰比）、雷达接收机的自动增益控制和手动增益控制等。现有的门限设置方法缺乏对这些因素的综合考虑，当门限值过高的时候，过多的干扰信号会被保留下来；当门限值过低的时候，部分有用信号会被去除。以上两种情况都会降低输出信号的信干比。

（2）不能对不同类型的干扰区别对待。实践表明，不同类型干扰对SAR回波信号的影响程度不同，对其采取不同的处理方法效果也不同。比如：在电视信号的图像信号频段，如图2所示，矩形外形仅表示其包络的形状，内部频谱结构呈参差状，门限限波法会使低于门限的干扰成分会保留下来，如果将该频段内所有频率成分都置为零，则干扰抑制效果会优于门限陷波方法。对伴音信号使用门限限波法则会取得良好的效果。现有的方法未能考虑不同干扰类型之间的差异。

（3）不能满足全极化SAR图像应用对射频干扰抑制的要求。不同极化接收通道所接受的射频干扰是有差异的，现有频域陷波方法会对不同接收通道回波信号造成不同的陷波结果，而陷波过程会损失信号能量，不同的陷波结果会导致各个通道损失的信号能量不同，从而造成额外的极化隔离度下降和幅度不平衡。

发明内容

本发明提供一种结合干扰抑制方法的P波段SAR（合成孔径雷达）成像处理方法，一方面对各个通道的回波信号进行有效的射频干扰抑制，另一方面要保证各个通道不会因为处理而造成额外的相位误差和幅度（处理增益）误差。

该结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法，包括以下步骤：

步骤一：回波信号的频域幅度校正；将回波信号变换到频域，然后与内定标信号相乘，消除收发通道幅频特性的影响，使得雷达回波信号频谱的幅度为常值；

步骤二：单通道回波信号中电视图像信号的检测；计算纯雷达回波频段频谱幅度的均值

针对第n个可能存在干扰的频段，计算其幅度均值

并根据该值判定该频段内是否存在射频干扰；

步骤三：多通道回波信号中电视图像信号的联合定位；根据步骤二所述方法对各个通道进行电视图像信号的检测之后，取各个通道检测结果的并集作为最终检测结果，即对多通道回波信号中的电视图像信号进行联合定位；

步骤四：多通道回波信号中电视信号的抑制；根据步骤三所得检测结果，将各个通道雷达回波的对应频段置零；

步骤五：对经过步骤四处理过后的雷达回波进行自适应陷波处理，将幅值大于预设阈值的频谱成分置零，幅值小于阈值的频谱成分予以保留。

所述步骤二中则判定该频段内存在射频干扰，否则存在射频干扰。

所述步骤五中陷波阈值预设置为

本发明的有益效果：

1.针对带宽较大的电视图像信号进行判定之后才去全部置零处理，可有效去除这类干扰的能量，提高输出信号的信干比。

2.对各个极化通道进行相同的电视图像信号置零操作，保证了各个通道回波信号损失能量的比例相同。

3.对窄带信号采用基于自动设置门限的陷波处理，可进一步消除干扰的影响。

4.以上三步操作均无需人为干预，可大大提高处理效率。

附图说明

图1时域自适应陷波处理示意图；

图2频域陷波处理示意图；

图3电视图像信号判定示意图；

图4自动门限设定和频域陷波处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明对传统的基于频域陷波处理的干扰抑制算法进行改进，使之能够根据雷达系统的工作参数和回波信号的特征自适应的选择频域陷波门限，同时根据回波信号频谱中干扰分量的特性进行干扰类型的识别并采取相应的陷波方法，最后还要尽量保证射频干扰抑制对各个通道回波信号造成相同比例的能量损失。

步骤一：回波信号的频域幅度校正

将回波信号变换到频域，然后与内定标信号相乘，消除收发通道幅频特性的影响，使得雷达回波信号频谱的幅度为常值。

步骤二：单通道回波信号中电视图像信号的检测

根据雷达测绘区电视台使用的频道信息将接收信号的频谱分为两个部分：可能存在射频干扰的频段和不存在射频干扰的频段（即纯雷达回波频段）。计算纯雷达回波频段频谱幅度的均值

针对第n个可能存在干扰的频段，计算其幅度均值

如果

则判定该频段内存在射频干扰，否则判定该频段内不存在射频干扰。

步骤三：多通道回波信号中电视图像信号的联合定位

按照步骤二所述方法对各个通道（两个干涉通道或四个极化通道）进行电视图像信号的检测之后，取各个通道检测结果的并集作为最终检测结果，即对多通道回波信号中的电视图像信号进行联合定位。

步骤四：多通道回波信号中电视信号的抑制

根据步骤三所得检测结果，将各个通道雷达回波的对应频段置零。

步骤五：自适应陷波处理

对经过步骤四处理过后的雷达回波进行自适应陷波处理，陷波阈值设置为将幅值大于阈值的频谱成分置零，幅值小于阈值的频谱成分予以保留。

首先进行电视图像信号的判定和去除，如图3所示：根据采集数据所在地电视台的频道确定电视图像信号可能存在的频段[f₁₁,f₁₂]、[f₂₁,f₂₂]和[f₃₁,f₃₂]，然后计算除以上三个频段之外频谱成分的能量均值；以该均值的1.2倍为门限对三个频段进行判定，当频段内频谱成分能量均值大于门限时将其判定为干扰，否则留作后续处理，在该例子中，频段[f₁₁,f₁₂]和[f₃₁，f₃₂]被判定为电视图像干扰信号。为了保证各个极化通道信号能量损失的比例相同，对各个通道进行上述造作之后，取检测结果的并集，然后将这些频段内的频谱分量全部置为零。

然后进行自动门限设定和频域陷波处理，如图4所示：经过电视图像信号的判定和去除之后，剩下的干扰为能量较低的电视图像信号和窄带干扰，这些频谱分量的实部和虚部服从标准差为σ的正态分布，频谱幅度服从瑞利分布且其均值为σ的

倍，取σ的4倍即幅度均值的

倍为门限进行陷波，可以将窄带干扰和残余图像信号有效去除。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：回波信号的频域幅度校正；将回波信号变换到频域，然后与内定标信号相乘，消除收发通道幅频特性的影响，使得雷达回波信号频谱的幅度为常值；

步骤二：单通道回波信号中电视图像信号的检测；计算纯雷达回波频段频谱幅度的均值

针对第n个可能存在干扰的频段，计算其幅度均值

并根据

和

判定该频段内是否存在射频干扰；

步骤三：多通道回波信号中电视图像信号的联合定位；根据步骤二所述方法对各个通道进行电视图像信号的检测之后，取各个通道检测结果的并集作为最终检测结果，即对多通道回波信号中的电视图像信号进行联合定位；

步骤四：多通道回波信号中电视信号的抑制；根据步骤三所得检测结果，将各个通道雷达回波的对应频段置零；

步骤五：对经过步骤四处理过后的雷达回波进行自适应陷波处理，将幅值大于预设阈值的频谱成分置零，幅值小于阈值的频谱成分予以保留。

2.如权利要求1所述的一种结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法，其特征在于，所述步骤二中

则判定该频段内存在射频干扰，否则不存在射频干扰。

3.如权利要求1或2所述的一种结合干扰抑制方法的P波段SAR成像处理方法，其特征在于，所述步骤五中预设阈值预设置为

Images