CN106501781A - 基于斜投影滤波的sar射频干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于斜投影滤波的SAR射频干扰抑制方法。技术方案包括下述步骤：第一步：根据SAR接收回波信号估计出RFI的波达角；第二步：根据RFI的波达角建立RFI子空间和低阶RFI子空间；第三步：利用RFI子空间和低阶RFI子空间构造斜投影滤波器；第四步：对回波进行滤波操作，完成RFI抑制。本发明相比于现有的空域滤波方法，计算过程不再受多个干扰源存在情况下，空间导向矢量相关性所引入误差增大的影响，进而实现更好的干扰抑制效果，实验结果证明性能稳健。

Description

基于斜投影滤波的SAR射频干扰抑制方法

技术领域

本发明属于航天和微波遥感的交叉技术领域，特别涉及一种SAR(SyntheticAperture Radar，合成孔径雷达)数据中RFI(Radio Frequency Interference，射频干扰)抑制方法。

背景技术

工作在低波段的SAR容易受到同一频段的电视网、通信网和其他民用设备所发射电磁信号的干扰，即所谓的RFI。RFI的存在严重影响图像的质量以及判读和解译。随着技术的成熟，SAR系统正从单通道系统向多通道系统发展。多通道SAR系统在提升传感器性能的同时也为RFI抑制提供了更丰富的自由度。目前多通道SAR系统的RFI抑制方法主要基于干扰信号空间导向矢量的相关性。然而，随着干扰源的增多，由空间导向矢量相关性所引入的误差会导致干扰抑制性能的下降。

发明内容

本发明的目的是：提出了一种斜投影滤波的RFI抑制方法，该方法是一种非参数方法，利用RFI空间导向矢量的几何关系，构造斜投影滤波器，在存在多个干扰源的情况下，具有更好的干扰抑制效果，且性能稳健。

本发明技术方案是：一种基于斜投影滤波的SAR射频干扰抑制方法，其特征在于，首先利用MUSIC(Multiple Signal Classification，多重信号分类)算法，估计SAR接收回波信号中RFI的DOA(Direction of Arrival，波达角)；

然后根据DOA构建干扰信号的空间导向矢量，并建立相应的RFI子空间和低阶RFI子空间，具体过程是：

设利用MUSIC算法估计到的干扰信号的波达角为θ_i，1≤i≤I，I为干扰的个数，利用下式计算波达角θ_i对应的RFI的空间导向矢量d(θ_i)：

其中λ_i表示波达角θ_i对应的RFI的中心波长，l为天线相邻阵元间距，M为天线阵元个数。

利用下式表示波达角θ_i对应的低阶RFI子空间A_i：

A_i＝[d(θ_i)]

利用下式表示波达角θ_i对应的RFI子空间B_i：

B_i＝[d(θ₁),…,d(θ_i-1),d(θ_i+1),…,d(θ_I)]

根据上述过程即可完成RFI子空间和低阶RFI子空间的构建。

再构造波达角θ_i对应的斜投影滤波器H_i：

其中，I表示单位对角矩阵。

利用斜投影滤波器H_i，1≤i≤I对回波信号进行滤波得到RFI，再进行对消处理，即可完成对SAR的RFI抑制。

采用本发明可取得以下技术效果：

本发明提出的基于斜投影滤波的SAR射频干扰抑制方法，通过计算RFI子空间和低阶RFI子空间，充分利用RFI的空间几何关系，避免利用空间导向矢量相关性，构造出斜投影滤波器，通过滤波实现RFI的分离。相比于现有的空域滤波方法，计算过程不再受多个干扰源存在情况下，空间导向矢量相关性所引入误差增大的影响，进而实现更好的干扰抑制效果，实验结果证明性能稳健。

附图说明

图1为本发明提供的SAR射频干扰抑制方法的原理流程图；

图2是仿真实验中使用的点目标的成像结果；

图3是对图2添加射频干扰后点目标的成像结果；

图4为采用传统空域滤波法对图3进行干扰抑制后成像结果；

图5为采用本文发明提供的方法对图3进行干扰抑制后成像结果；

图6是仿真实验中使用的实测数据的成像结果；

图7是对图6添加射频干扰后数据的成像结果；

图8是利用传统空域滤波法对图7进行干扰抑制后的成像结果；

图9是利用本发明提供的方法对图7进行干扰抑制后的成像结果。

具体实施方式

图1为本发明提供的星载SAR射频干扰抑制方法的原理流程图。整个流程可细分为四步：第一步：根据SAR接收回波信号估计出RFI的波达角；第二步：根据RFI的波达角建立RFI子空间和低阶RFI子空间；第三步：利用RFI子空间和低阶RFI子空间构造斜投影滤波器；第四步：对回波进行滤波操作，完成RFI抑制。

图2～图5是进行点目标仿真实验结果。参数设置如下：已知SAR接收回波信号参数为：带宽为60MHz，载频为550MHz，斜视角为0度，波束宽度为1.12度；已知回波信号中存在的RFI参数为：RFI干扰源个数为3，波达角分别为0度、20度和30度，带宽分别为0.4MHz，0.2MHz和4MHz，干信比分别为50dB，60dB和60dB。图2为不存在RFI的情况下，原始点目标回波成像结果，从图像中可以看出，点目标聚焦效果良好。图3是添加射频干扰后回波的成像结果，可以看到点目标已经被干扰信号湮没。图4是采用现有空域滤波法对受到干扰回波进行干扰抑制后的成像结果，从图像中可以看出，干扰聚焦良好，但仍有较多的干扰残留。图5是采用本发明提供的方法对受干扰回波进行干扰抑制后的成像结果，可以看到，点目标聚焦良好，且干扰残留较少。

图6～图9是进行面目标仿真实验的结果。仿真实验选取了一幅无干扰的机载X波段三通道回波实测数据。参数设置如下：已知SAR接收回波信号参数为：带宽＝80MHz，载频＝550MHz，斜视角＝-14.1度，波束宽度＝1.5度。仿真实验中在回波实测数据中增加的RFI，RFI的参数为：RFI干扰源个数为2，波达角分别为0度和20度，干信比分别为60dB和65dB。

图6是无干扰原始回波的成像结果。从图中可以看出，图像清晰，对比度高。图7是对回波添加射频干扰后数据的成像结果。从图中可以看出，由于干扰的存在，图像目标信息被覆盖，图像对比度下降。图8是利用现有空域滤波法对受干扰回波进行干扰抑制后的成像结果，干扰抑制后，图像质量得到提升，不过仍有较多干扰残留，细节信息不明显。图9是利用本发明提供的方法对受干扰回波进行干扰抑制后的成像结果，干扰抑制后，图像质量明显提升，细节信息恢复较为明显，图像对比度有明显提高。

以上仿真实验说明了本发明方法可以有效地弥补传统方法在干扰抑制方面的不足，有效提升干扰抑制后的SAR图像质量。

Claims (1)

1.一种基于斜投影滤波的SAR射频干扰抑制方法，SAR是指合成孔径雷达，其特征在于，

首先利用多重信号分类算法，估计SAR接收回波信号中RFI的DOA，其中RFI是指射频干扰，DOA是指波达角；

然后根据DOA构建射频干扰信号的空间导向矢量，并建立相应的RFI子空间和低阶RFI子空间，具体过程是：

设利用多重信号分类算法估计到的干扰信号的波达角为θ_i，1≤i≤I，I为干扰的个数，利用下式计算波达角θ_i对应的RFI的空间导向矢量d(θ_i)：

$d\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\[1,e^{-j2{\mathrm{\πlsin\θ}}_i/{\mathrm{\λ}}_i},...,e^{-j2\mathrm{\π}(M-1){\mathrm{lsin\θ}}_i/{\mathrm{\λ}}_i}\]$

其中λ_i表示波达角θ_i对应的RFI的中心波长，l为天线相邻阵元间距，M为天线阵元个数；

利用下式表示波达角θ_i对应的低阶RFI子空间A_i：

A_i＝[d(θ_i)]

利用下式表示波达角θ_i对应的RFI子空间B_i：

B_i＝[d(θ₁),…,d(θ_i-1),d(θ_i+1),…,d(θ_I)]；

再利用下式构造波达角θ_i对应的斜投影滤波器H_i：

$H_i=A_i{\left(A_i^H{P}_i^{\⊥}{A}_i\right)}^{-1}{A}_i^H{P}_i^{\⊥}$

$P_i^{\⊥}=I-B_i{\left(B_i^H{B}_i\right)}^{-1}{B}_i^H$

其中，I表示单位对角矩阵；

利用斜投影滤波器H_i，对回波信号进行滤波得到RFI，再进行对消处理，完成对SAR的RFI抑制。