CN106597392B - 一种sar系统相位误差补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种SAR系统实时相位误差补偿方法，步骤为：(1)依次产生n组样本信号脉冲，每一组样本信号又包括2m个样本信号脉冲；(2)采集任意一组样本信号，共2m个样本信号脉冲，求取该组全部2m个样本信号脉冲的平均值作为标准信号并存储；(3)对于其余的n‑1组样本信号脉冲中的每一组，当采集到该组的第一个脉冲时，与存储的标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21‑1；采集到第二个脉冲时，同样与标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21‑2；以此类推，直到得到第2m个脉冲与标准信号的相位然后对θ21‑1、θ21‑2……做平均，求得相位误差θ21；(4)利用n‑1个相位误差θ21，分别对相应样本信号脉冲组所在的通道进行相位校准。

Description

一种SAR系统相位误差补偿方法
技术领域
本发明属于微波遥感技术领域，涉及一种合成孔径雷达的相位校准方法。
背景技术
在合成孔径雷达(SAR)设计中，为了扩大雷达的作用距离，保证良好的成像质量，必须增大雷达的发射功率，这就对末级功率放大器的输出功率提出了苛刻的要求。由于小卫星平台对载荷结构、体积、可靠性有着严格要求，所以应避免使用工作电压达数千伏、结构复杂的行波管放大器。采用大功率合成技术可以解决以上问题，其工作原理是：使用多个功率放大模块的输出功率相互叠加起来，或者按照特定的方式组合，以便得到更大功率输出。
进行功率合成的目的是得到更大的功率输出，为了使得输出功率尽量大，在合成单元的输出功率能力和合成路数均固定的前提下，提高合成效率是关键所在，它被定义为放大器总输出功率和每个放大单元输出功率之和的比值。合成效率随着通道信号幅相误差的增大而降低，同时幅度差对合成效率的影响远不如相位差明显，相位差的增大会迅速降低合成效率，因此通道相位误差的补偿在系统设计中起到重要作用。
现有的SAR系统相位校准方法，虽然能够实现通道相位误差补偿，但样本信号脉冲并没有选取多个点频分量，无法均衡复杂环境下点频分量响应不一致的问题。同时，补偿的实时性不高，无法完成SAR系统边成像边校准的功能。
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SAR系统实时相位误差补偿方法，根据SAR系统大带宽特性，样本信号根据通道特性选择多个点频分量进行相位差计算，使通道间相位误差精度在±1°以内。同时，该方法实时性高，能够在SAR系统波位切换时快速校准通道相位，实现边成像边校准功能，实现简单、可靠性高。
本发明的技术解决方案是：一种SAR系统实时相位误差补偿方法，包括如下步骤：
(1)依次产生n组样本信号脉冲，每一组样本信号又包括2m个样本信号脉冲；所述的n和m均为正整数，n为SAR系统有效带宽内选取的不同频点数量，n的选取应保证n个点频信号被正交调制到射频区域后覆盖SAR系统的有效带宽；
(2)采集任意一组样本信号，共2m个样本信号脉冲，求取该组全部2m个样本信号脉冲的平均值作为标准信号并存储；
(3)对于其余的n-1组样本信号脉冲中的每一组，均执行以下操作：
(31)当采集到该组的第一个脉冲时，与步骤(2)存储的标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21-1；采集到第二个脉冲时，同样与标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21-2；以此类推，直到得到第2m个脉冲与标准信号的相位误差
(32)对做平均，求得该组样本信号脉冲与标准信号所在样本信号脉冲组的相位误差θ21；
(4)利用步骤(3)得到的n-1个相位误差θ21，分别对相应样本信号脉冲组所在的通道进行相位校准。
所述的相位误差θ21采用如下公式计算：
其中，符号A表示待校准的n-1组样本信号脉冲中的任意一个信号脉冲，符号B表示标准信号，角标I和Q分别代表信号的I路分量和Q路分量。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法根据SAR系统大带宽特性，在进行补偿时，样本脉冲信号选择了多个频点分量进行拼接进行相位差计算，使相位校准更精确，通道间相位误差精度可以控制在±1°以内。
(2)本发明方法的补偿实时性高。需要进行相位校准时，系统实时采集各通道耦合回来的样本脉冲信号，并实时计算相位误差，完成计算后立即对各通道进行补偿，可以实现边成像边校准的功能。
附图说明
图1为本发明相位校准补偿的原理框图；
图2为本发明样本信号脉冲示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明方法的原理框图，主要步骤如下：
(1)产生样本信号
SAR系统采用大带宽线性调频信号，通道在各个频点的相位误差不一致，因此在有效带宽内选择不同频率的点频信号(I/Q形式)进行误差校正，即样本信号脉冲需要包括各点频分量，在时域上进行拼接，点频分量应选择在有效带宽内具有代表性的频点，频点数n根据通道特性确定，如图2所示，该信号在被正交调制到射频区域后应覆盖系统有效带宽。
为消除随机误差，在n通道功率合成中，样本信号脉冲依次产生n组，每一组样本信号由2m个样本信号脉冲组成，最终将求得的2m个相位误差求平均得到通道误差校准值，m取正整数，若系统在成像前进行相位校准，m可取值较大以获得更高的校准精度，若系统进行边成像边校准，m可以取值较小以缩短校准时间。
(2)采集各通道耦合信号，计算相位误差
以通道1为基准，所求得的相位误差是通道2～n分别与通道1之间的相对相位误差。若通道数为n，则最终得到n-1个相位误差值。
首先采集通道1样本信号(I/Q基带信号)，共2m个样本脉冲，对其做平均以消除随机误差，从而得到通道1的I/Q标准信号并分别进行存储。
其次采集到通道2样本信号(I/Q基带信号)，采集到第一个脉冲时，与通道1的标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21-1，该误差是样本信号脉冲(一个信号脉冲即包含n个频点)内各点频分量相位误差的平均值；采集到第二个脉冲时，同样与标准信号进行相位差计算，得到相位误差θ21-2；以此类推，直到得到第2m个脉冲信号，得到相位误差对做平均，求得通道2与通道1的相对相位误差θ21。
依次采集通道3到通道n样本信号，以相同的方法可以得到各通道相位误差θ31、θ41……θn1。
以计算通道2和通道1之间相位误差为例，相位误差计算过程如下：通道1标准I/Q信号表示为AI和AQ，其中AI是I分量，AQ是Q分量，通道2脉冲I/Q信号表示为BI和BQ，其中BI是I分量，BQ是Q分量。θA表示标准信号初始相位，有θB表示标准信号初始相位，有因此可以得到：
根据式(1)可以得到：
(3)对通道进行相位补偿
得到通道2～通道n对于通道1之间的相对相位误差，即θ21、θ31、θ41……θn1，反补给通道2～通道n，最终完成相位校准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种SAR系统实时相位误差补偿方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)依次产生n组样本信号脉冲，每一组样本信号又包括2m个样本信号脉冲，每个样本信号脉冲又包含n个频点；所述的n和m均为正整数，n为SAR系统有效带宽内选取的不同频点数量，n的选取应保证n个点频信号被正交调制到射频区域后覆盖SAR系统的有效带宽；
(2)采集任意一组样本信号，共2m个样本信号脉冲，求取该组全部2m个样本信号脉冲的平均值作为标准信号并存储；
(3)对于其余的n-1组样本信号脉冲中的每一组，均执行以下操作：
(31)当采集到该组的第一个脉冲时，与步骤(2)存储的标准信号进行相位误差计算，得到相位误差θ21-1，该误差是脉冲内各点频分量相位误差的平均值；采集到第二个脉冲时，同样与标准信号进行相位误差计算，得到相位误差θ21-2；以此类推，直到得到第2m个脉冲与标准信号的相位误差
(32)对做平均，求得该组样本信号脉冲与标准信号所在样本信号脉冲组的相位误差θ21；
(4)利用步骤(3)得到的n-1个相位误差θ21，分别对相应样本信号脉冲组所在的通道进行相位校准。
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"基于回波数据的超高分辨率SAR通道相位误差估计与补偿";胡建明等;《电子与信息学报》;20120731;第34卷(第7期);全文

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