CN103323822A - 一种估计通道误差的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种估计通道误差的方法,所述方法包括:对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换,确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;确定所述互相关函数的相位,对所述距离频率进行微分;根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。本发明同时公开了一种实现前述方法的估计通道误差的装置。使用本发明的技术方案进行通道误差估计和补偿,能准确、稳定地估计出通道误差,提高了SAR多波束成像、干涉成像、动目标检测等中的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及误差确定技术,尤其涉及一种估计通道误差的方法及装置。
背景技术
多通道技术在合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)多波束成像、干涉成像、动目标检测等技术中有着重要的应用,通道一致性补偿(主要是通道时延和相位误差)是该项技术的关键点之一,因此估计通道时延和相位误差具有重要的应用意义。
目前,通道时延和相位误差估计方法主要有内定标方法和基于原始数据的方法。基于原始数据的方法主要有空时自适应滤波法、子空间投影法等。一般来说,内定标方法估计时延和相位误差的精度高,但所需的设备数量较多、无法补偿天线引起的通道不平衡,也无法跟踪系统的变化。基于原始数据的方法,不需要增加设备数量而且能补偿天线引起的通道不平衡和跟踪系统的变化,但目前现有的算法复杂,且稳定性不好。
综上所述,如何在不增加设备数量的基础上,准确、稳定地估计通道时延和相位误差是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的在于提供一种估计通道误差的方法及装置,能对通道时延和相位误差进行稳定、准确地估计。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种估计通道误差的方法,包括:
对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换,确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;
确定所述互相关函数的相位,对所述距离频率进行微分;
根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。
优选地,所述方法还包括:
根据所述时延误差对所述相关函数进行所述各通道间的时延补偿,估计所述各通道间的相位误差。
优选地,所述确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率,包括:
获取所述各通道的回波数据,对所述回波数据进行距离向快速傅里叶变换处理,变换到距离频域、方位时域;
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;以及,通过所述距离频域的变换后的各通道信号确定距离频率。
优选地,所述将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数,包括:
将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘;
再将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分,得到方位互相关函数。
优选地,所述将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘,为:
所述将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分,为:
其中,S1(fτ,t)表示通道信号,表示基准信号S2(fτ,t)的共轭,S3(fτ,t)表示各通道信号与基准信号共轭相乘后的相关函数,S4(fτ)表示互相关函数。
优选地,所述根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,包括:
获取所述互相关函数的相位,并对距离频率进行微分,将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,获得所述线性变化率。
优选地,所述将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,为:
Δτ表示通道间线性变化率,E{}表示求数学平均,arg()表示去相位,fτ表示距离频率,S4(fτ)表示互相关函数。
优选地,所述根据所得时延误差对相关函数进行通道间的时延补偿,即可估计通道间的相位误差,为:
根据时延误差构造指数项,将根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;
根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项,将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,并去除相乘结果中的多普勒中心的相位贡献;
获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算出通道间相位误差。
优选地,所述根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,为:S5(fτ)=S4(fτ)·exp(-2πfτΔτ);
所述将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,为:
所述计算出通道间相位误差,为:
一种估计通道误差的装置,包括变换单元、第一确定单元、第二确定单元、微分单元和第三确定单元,其中:
变换单元,用于对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换;
第一确定单元,用于确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;
第二确定单元,用于确定所述互相关函数的相位;
微分单元,用于对所述距离频率进行微分;
第三确定单元,用于根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。
优选地,所述装置还包括补偿单元和估计单元,其中:
补偿单元,用于根据所述时延误差对所述相关函数进行所述各通道间的时延补偿;
估计单元,用于估计所述各通道间的相位误差。
优选地,所述第一确定单元还用于,获取所述各通道的回波数据,对所述回波数据进行距离向快速傅里叶变换处理,变换到距离频域、方位时域;
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;以及,通过所述距离频域的变换后的各通道信号确定距离频率。
优选地,所述第三确定单元还用于,获取所述互相关函数的相位,并对距离频率进行微分,将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,获得所述线性变化率。
优选地,所述补偿单元还用于,根据时延误差构造指数项,将根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;
根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项,将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,并去除相乘结果中的多普勒中心的相位贡献;
所述估计单元还用于,获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算出通道间相位误差。
本发明中,当两天线沿方位向排列,在距离频域、方位时域的互相关函数相位沿距离频域由通道误差和多普勒中心共同决定。该互相关函数相位沿距离频域近似线性变化,变化斜率由通道时延决定,去掉线性变化后,其相位差由多普勒中心和通道相位误差共同决定,而多普勒中心可根据系统参数或单通道数据估计得到。因此,本发明先将两通道数据进行距离向傅里叶变换,求得变换后数据沿方位向的互相关函数;提取方位互相关函数的相位并对距离频率微分求得方位互相关函数相位沿距离频率的线性变化率,此即通道间的时延误差;根据得到的时延误差对相关函数进行通道间的时延补偿,即可估计通道间的相位误差。使用本发明的技术方案进行通道误差估计和补偿,能准确、稳定地估计出通道误差,提高了SAR多波束成像、干涉成像、动目标检测等应用中的成像质量。
附图说明
图1为本发明实施例的估计通道误差的方法的流程图;
图2为本发明应用示例的估计通道误差的方法的流程图;
图3为基于图2的三通道数据的方位向互相关相位图;
图4为本发明应用示例的通道误差补偿效果示意图;
图5为本发明实施例的估计通道误差的装置的组成结构示意图。
具体实施方式
本发明的基本思想为:对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换,确定各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;确定互相关函数的相位,对距离频率进行微分;根据互相关函数的相位及距离频率的微分结果确定互相关函数相位随距离频率的线性变化率,将线性变换率作为所述各通道间的时延误差。根据得到的时延误差对相关函数进行通道间的时延补偿,即可估计通道间的相位误差。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下举实施例并参照附图,对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例的估计通道误差的方法的流程图,如图1所示,本示例的估计通道误差的方法包括以下步骤:
步骤101,对各通道数据做距离向傅里叶变换,求得变换后数据沿方位向的互相关函数。
具体地,对获取的各个通道的回波数据进行距离向快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transformation)处理;将所述变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;这里,如果采用公式表达,则有:
其中,S1(fτ,t)、S2(fτ,t)分别表示两通道回波数据(距离频域、方位时域),*表示共轭,E{}表示求数学平均,fd表示多普勒中心,D表示两通道相位中心距离,V表示平台速度,fτ表示距离频率,t表示方位时间,Δτ表示两通道间时延,Δφ表示两通道间的相位误差。
其中,进行距离向FFT处理的目的为:将获取的多通道的回波数据变换到距离频域、方位时域。
在将变换后各通道信号沿方位向进行互相关时,还可以进一步包括:
将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘,完成相关运算;再将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分(实际运算中为离散相加),得到方位互相关函数;这里,如果采用公式表达,则有:
其中,S3(fτ,t)表示通道信号与基准信号共轭相乘后的相关函数,它是距离频率和方位时间的函数,S4(fτ)表示方位互相关函数,它只是距离频率的函数。
步骤102,获取方位互相关函数的相位,并对距离频率微分求得方位互相关函数相位随距离频率的线性变化率,线性变化率即通道间的时延误差。
具体地,获取所述方位互相关函数的相位,并对距离频率微分(实际运算为离散差分运算)后,相加平均即得通道间时延;这里,如果采用公式表达,则有:
其中,Δτ表示两通道间时延,E{}表示求数学平均,arg()表示去相位,fτ表示距离频率,S4(fτ)表示方位互相关函数。
步骤103,根据所获得时延误差对相关函数进行通道间的时延补偿,即可估计通道间的相位误差。
具体地,根据所获得的时延误差构造指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;再根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项与时延补偿后的信号相乘,去除多普勒中心的相位贡献;获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算得通道间相位误差。
其中,所述根据所得时延误差构造指数项与距离频域信号相乘,为:
S5(fτ)=S4(fτ)·exp(-2πfτΔτ)
所述根据多普勒中心频率构造指数项与时延补偿后的信号相乘,为:
其中,S5(fτ)表示补偿时延误差后的相关函数,fτ表示距离频率,Δτ表示两通道间时延,S6(fτ)表示多普勒中心补偿后的相关函数,D表示两通道相位中心距离,V表示平台速度,表示估计得到的两通道间的相位误差。
下面结合具体示例对本发明再作进一步详细的描述。
图2为本发明应用示例的估计通道误差的方法的流程图,以下结合图2,详细描述本应用示例的通道误差估计的过程。
首先,对获取的各通道(通道0至通道2)的回波数据分别进行距离向快速傅里叶变换(FFT)处理。在本实施例中,假设该接收系统具有3个通道,各个通道数据经过距离向FFT后得到距离频域信号。
其次,求变换后信号与基准信号沿方位向的互相关函数,本实施例中,选取通道1信号为基准信号,通道0、通道1和通道2信号分别与其沿方位向互相关得到两个方位互相关函数;图3(a)为以通道1为基准的通道互相关相位图,如图3(a)所示,示出了三个通道互相关后的相位图。
接着,分别提取方位互相关函数的相位,并对距离频率微分(实际运算为离散差分运算)后,相加平均即得通道间的时延。本实施例中,所得通道间时延为Δτ01和Δτ21。
然后,对方位互相关函数分别进行通道间的时延补偿。本实施例中,时延补偿项分别为:exp(-j2πfτΔτ01)和exp(-j2πfτΔτ21);图3(b)为时延补偿后的通道相位误差图,如图3(b)所示,示出了时延补偿后的通道相位误差。
最后,估计通道间的相位误差,完成通道误差的估计,并据此进行误差补偿。本发明所提供的方法,可应用于SAR多波束成像、干涉成像、动目标检测等中。
图4为本发明应用示例的通道误差补偿效果示意图,如图4所示,左图为未做通道误差补偿的结果示意图,右图为采用本发明误差补偿的结果示意图;由图4可以看出,使用本发明进行通道误差估计和补偿明显提高了成像质量。
采用本发明提供的方法,能准确、稳定地估计出通道误差。
图5为本发明实施例的估计通道误差的装置的组成结构示意图,如图5所示,本发明的估计通道误差的装置包括变换单元50、第一确定单元51、第二确定单元52、微分单元53和第三确定单元54,其中:
变换单元50,用于对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换;
第一确定单元51,用于确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;
第二确定单元52,用于确定所述互相关函数的相位;
微分单元53,用于对所述距离频率进行微分;
第三确定单元54,用于根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。
在图5所示的估计通道误差的装置的基础上,本示例的估计通道误差的装置还包括补偿单元(图5中未示出)和估计单元(图5中未示出),其中:
补偿单元,用于根据所述时延误差对所述相关函数进行所述各通道间的时延补偿;
估计单元,用于估计所述各通道间的相位误差。
上述第一确定单元50还用于,获取所述各通道的回波数据,对所述回波数据进行距离向快速傅里叶变换处理,变换到距离频域、方位时域;
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;以及,通过所述距离频域的变换后的各通道信号确定距离频率。
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数,包括:
将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘;
再将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分,得到方位互相关函数。
所述将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘,为:
所述将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分,为:
上述第三确定单元54还用于,获取所述互相关函数的相位,并对距离频率进行微分,将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,获得所述线性变化率。
将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,为:
Δτ表示通道间线性变化率,E{}表示求数学平均,arg()表示去相位,fτ表示距离频率,S4(fτ)表示互相关函数。
上述补偿单元还用于,根据时延误差构造指数项,将根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;
根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项,将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,并去除相乘结果中的多普勒中心的相位贡献;
上述估计单元还用于,获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算出通道间相位误差。
根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,为:S5(fτ)=S4(fτ)·exp(-2πfτΔτ);
所述将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,为:
本领域技术人员应当理解,图5中所示的估计通道误差的装置中的各处理单元的实现功能可参照前述估计通道误差的方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解,图5所示的估计通道误差的装置中各处理单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现,也可通过具体的逻辑电路而实现。
以上所述,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。
Claims (14)
1.一种估计通道误差的方法,其特征在于,所述方法包括:
对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换,确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;
确定所述互相关函数的相位,对所述距离频率进行微分;
根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
根据所述时延误差对所述相关函数进行所述各通道间的时延补偿,估计所述各通道间的相位误差。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率,包括:
获取所述各通道的回波数据,对所述回波数据进行距离向快速傅里叶变换处理,变换到距离频域、方位时域;
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;以及,通过所述距离频域的变换后的各通道信号确定距离频率。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数,包括:
将所述变换后的各通道信号与基准信号共轭相乘;
再将共轭相乘后的相关函数沿方位向积分,得到方位互相关函数。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,包括:
获取所述互相关函数的相位,并对距离频率进行微分,将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,获得所述线性变化率。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,为:
Δτ表示通道间线性变化率,E{}表示求数学平均,arg()表示去相位,fτ表示距离频率,S4(fτ)表示互相关函数。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所得时延误差对相关函数进行通道间的时延补偿,即可估计通道间的相位误差,为:
根据时延误差构造指数项,将根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;
根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项,将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,并去除相乘结果中的多普勒中心的相位贡献;
获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算出通道间相位误差。
10.一种估计通道误差的装置,其特征在于,所述装置包括变换单元、第一确定单元、第二确定单元、微分单元和第三确定单元,其中:
变换单元,用于对各通道数据进行距离向快速傅里叶变换;
第一确定单元,用于确定所述各通道数据变换后的数据沿方位向的互相关函数及距离频率;
第二确定单元,用于确定所述互相关函数的相位;
微分单元,用于对所述距离频率进行微分;
第三确定单元,用于根据所述互相关函数的相位及所述距离频率的微分结果确定所述互相关函数相位随所述距离频率的线性变化率,将所述线性变换率作为所述各通道间的时延误差。
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述装置还包括补偿单元和估计单元,其中:
补偿单元,用于根据所述时延误差对所述相关函数进行所述各通道间的时延补偿;
估计单元,用于估计所述各通道间的相位误差。
12.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述第一确定单元还用于,获取所述各通道的回波数据,对所述回波数据进行距离向快速傅里叶变换处理,变换到距离频域、方位时域;
将变换后的各通道信号沿方位时间进行互相关,得到方位互相关函数;以及,通过所述距离频域的变换后的各通道信号确定距离频率。
13.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,所述第三确定单元还用于,获取所述互相关函数的相位,并对距离频率进行微分,将所述互相关函数的相位和微分结果相加后平均,获得所述线性变化率。
14.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,所述补偿单元还用于,根据时延误差构造指数项,将根据时延误差构造的指数项与距离频域信号相乘,进行通道间的时延补偿;
根据系统参数或单通道数据估计得到的多普勒中心频率构造指数项,将根据多普勒中心频率构造的指数项与时延补偿后的信号相乘,并去除相乘结果中的多普勒中心的相位贡献;
所述估计单元还用于,获取所述操作后相关函数的相位,并沿距离向平均,计算出通道间相位误差。
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