CN112505697A - 一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统，该方法应用于接收设备，在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，同步信号和雷达回波信号的频段不同，雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；对同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；根据同步误差值对雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，目标雷达信号与预设雷达信号之间时间和频率同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，提高了双多基雷达系统的测量精度和系统性能。

Description

一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统
技术领域
本申请涉及时频同步技术领域，尤其涉及一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统。
背景技术
双多基合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)系统(或称为双多基雷达系统、双多基SAR系统)，是指由分置于不同基地的发送设备和接收设备构成的雷达系统。由于发送设备和接收设备部署在不同的位置，双多基SAR系统的同步成为了重要的问题。具体的，双多基SAR系统的同步是指接收设备需要准确地知道发送设备发射雷达信号的频率和时间，也就是说发送设备需要周期性向接收设备发送同步信号。
然而，在相关技术方案中，在接收设备接收同步信号时，雷达回波信号的采集会被打断，也就打断了双多基SAR系统的正常工作过程，从而导致周期性的回波数据丢失，最终影响双多基SAR系统的干涉测量精度和系统性能。
发明内容
本申请提供了一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统，接收设备能够通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而可以提高双多基雷达系统的测量精度和系统性能。
本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法，应用于接收设备，该方法包括：
在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
第二方面，本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法，应用于发送设备，该方法包括：
对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
第三方面，本申请实施例提供了一种接收设备，该接收设备包括接收单元、处理单元和同步单元；其中，
接收单元，配置为在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
处理单元，配置为对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
同步单元，配置为根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
第四方面，本申请实施例提供了一种接收设备，该接收设备包括第一存储器和第一处理器；其中，
所述第一存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
所述第一处理器，用于在运行计算机程序时，执行如第一方面所述的方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种发送设备，该发送设备包括生成单元和发送单元；其中，
生成单元，配置为对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
发送单元，配置为在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
第六方面，本申请实施例提供了一种发送设备，该发送设备包括第二存储器和第二处理器；其中，
所述第二存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
所述第二处理器，用于在运行计算机程序时，执行如第二方面所述的方法。
第七方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质储存有时间和频率同步程序，该时间和频率同步程序被第一处理器执行时实现如第一方面所述的方法、或者被第二处理器执行时实现如第二方面所述的方法。
第八方面，本申请实施例提供了一种双多基雷达系统，该双多基雷达系统至少包括如第三方面或第四方面所述的接收设备，以及如第五方面或第六方面所述的发送设备。
本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法、发送设备、接收设备和系统，该方法应用于接收设备，在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
附图说明
图1为相关技术提供的一种时间和频率同步方法的信号时序示意图；
图2为本申请实施例提供的一种时间和频率同步方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种同步信号和预设参考信号的比较示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种时间和频率同步方法的流程示意图；
图5A为本申请实施例提供的一种同步信号的波形示意图；
图5B为本申请实施例提供的另一种同步信号的波形示意图；
图6为本申请实施例提供的一种双多基雷达系统的组成结构示意图；
图7A为本申请实施例提供的一种估计频率误差值随SNR的变化示意图；
图7B为本申请实施例提供的一种残余频率误差值随SNR的变化示意图；
图7C为本申请实施例提供的一种估计时间误差值随SNR的变化示意图；
图7D为本申请实施例提供的一种残余时间误差随SNR的变化示意图；
图8A为本申请实施例提供的一种估计时间误差值随时间误差设定值的变化示意图；
图8B为本申请实施例提供的一种残余时间误差值随时间误差设定值的变化示意图；
图9A为本申请实施例提供的一种估计频率误值差随频率误差设定值的变化示意图；
图9B为本申请实施例提供的一种残余频率误差值随频率误差设定值的变化示意图；
图10A为本申请实施例提供的一种残余频率误差值随实验编号的变化示意图；
图10B为本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余频率误差值随实验编号的变化示意图；
图10C为本申请实施例提供的一种是残余时间误差值随实验编号的变化示意图；
图10D为本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余时间误差值随实验编号的变化示意图；
图11A为本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余频率误差值随SNR的变化示意图；
图11B为本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余时间误差值随SNR的变化示意图；
图12为本申请实施例提供的一种接收设备的组成结构示意图；
图13为本申请实施例提供的一种接收设备的具体硬件结构示例；
图14为本申请实施例提供的一种发送设备的组成结构示意图；
图15为本申请实施例提供的一种发送设备的具体硬件结构示例；
图16为本申请实施例提供的另一种双多基雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
双多基合成孔径雷达(Bi-/Multi-static Synthetic Aperture Radar)系统是指由分置于不同基地的发送设备和接收设备构成的雷达系统。根据双多基SAR系统的基本原理，为了实现双多基SAR系统的高分辨率宽幅成像，提高雷达的干涉测量精度和系统性能，需要解决双多基SAR系统的同步问题。
双多基SAR系统的时间同步是指接收机需要准确地知道发送设备(或称为发射机)发射雷达信号的时间。双多基SAR系统中每个装置的时钟信号由每个装置各自的超稳定晶振提供，而多个超稳定晶振(ultra stable oscillators，USOs)所提供时间的任何偏差都会导致辅卫星(相当于前述的接收设备)的雷达回波接收窗口相对于理想的接收时间发生偏移，从而影响雷达回波信号的采集，而且这种偏差是随时间积累的。因此，一个微小的时间偏差也会造成雷达回波数据的丢失，这会影响双多基SAR系统的观测幅宽和雷达图像的质量。另外，在实际的双多基SAR系统中，相位同步(或称为频率同步)也是十分必要的，因为双多基SAR使用两个或多个独立的USOs发射雷达信号和采集雷达回波信号，所以任意两个或多个振荡器之间的频率偏差都会导致被采集的回波信号被残余相位调制，这同样会降低图像的质量。因此，双多基SAR的相位同步必须被实现来获取多幅高精度的SAR图像。
相关技术中，一般采用脉冲交换的频率同步方案。以TanDEM-X任务(一种地球观测雷达任务)为例，参见图1，其示出了相关技术中提供的一种频率同步方法的信号时序示意图。如图1所示，在t时刻，卫星1发射脉宽为Tp的同步信号，经过τ12秒后，卫星1发送的同步信号被卫星2接收。同样地，经过τsys秒的内部系统延时之后，卫星2在t+τsys时刻发送同步信号，再经过τ21秒后，卫星2发送的同步信号被卫星1接收。之后，两颗卫星继续相互交替地发射同步信号，实现相位同步。然而，在该技术方案中，在接收同步信号时，雷达回波信号的采集会被打断。因此，雷达回波信号与同步信号不能同时被接收，这打断了雷达系统的正常工作，导致了周期性的回波数据丢失，从而会影响双多基SAR系统的干涉测量精度和系统性能。此外，考虑到采集中断带来的数据丢失问题，该技术方案的同步速率不能过高，否则会造成混叠和插值误差，降低雷达图像的质量。
本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法，该方法的基本思想是：在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
下面将结合附图对本申请各实施例进行详细说明。
在本申请的一实施例中，参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种时间和频率同步方法的流程示意图。如图2所示，该方法可以包括：
S101：在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号。
需要说明的是，本申请实施例的使用场景是双多基SAR系统。对于双多基SAR系统，其中包括用于向目标地理位置发射雷达信号的主卫星和接收来自于目标地理位置的雷达回波信号的辅卫星。
具体的，本申请实施例提供的时间和频率同步方法应用于接收设备中，该接收设备可以是用于接收雷达回波信号的辅卫星，也可以作为功能模块或单元集成在用于接收雷达回波信号的辅卫星上。
需要说明的是，对于接收设备，独立设置有两路接收链路，即第一接收链路和第二接收链路；其中，第一接收链路用于接收来自于目标地理位置的雷达回波信号，第二接收链路用于接收主卫星发送的同步信号。在这里，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的，根据雷达回波信号，辅卫星能够对目标物体进行成像。
也就是说，第一接收链路和第二接收链路是互不干扰的。因此，对于接收设备来说，在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，仍然可以独立的通过第二接收链路接收同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，提高了测量精度和系统性能。
还需要说明的是，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同。也就是说，同步信号和雷达信号是频率分集的，这样，接收设备才能够通过独立的接收链路分别对同步信号和雷达回波信号进行接收。
还需要说明的是，接收链路可以包括接收器和滤波器。因此，在一些实施例中，所述第一接收链路可以包括第一接收器和第一滤波器；该方法还可以包括：
通过所述第一接收器接收雷达混合信号；
通过所述第一滤波器对所述雷达混合信号进行带通滤波处理，得到所述雷达回波信号。
需要说明的是，第一接收链路包括第一接收器和第一滤波器。其中，第一接收器能够接收指定频段(雷达回波信号对应的频段)的信号。但是，由于噪声的存在，第一接收器实际上接收到的是雷达混合信号。除了需要的雷达回波信号外，雷达混合信号可能还包括了同步信号引起的噪声、随机噪声以及初始雷达信号引起的噪声等。因此，在获得雷达混合信号后，需要利用第一滤波器对雷达混合信号进行带通滤波处理，从而过滤掉高频或低频的噪声，才能得到雷达回波信号。
另外，在雷达混合信号中，主要的噪声源是同步信号所引起的噪声。因此，第一滤波器主要是将雷达回波信号中混叠的同步信号进行滤除。
还需要说明的是，第一滤波器可以是带通滤波器(band-pass filter，BPF)，主要用于通过某一频率范围内的频率分量，且将其他范围的频率分量衰减到极低水平，从而将雷达混合信号中的其他信号滤除，从而得到雷达回波信号。
进一步地，在一些实施例中，所述第二接收链路可以包括第二接收器和第二滤波器；所述通过第二接收链路接收同步信号，可以包括：
通过所述第二接收器接收同步混合信号；
通过所述第二滤波器对所述同步混合信号进行带通滤波处理，得到所述同步信号。
需要说明的是，第二接收链路包括第二接收器和第二滤波器。其中，第二接收器能够接收另一指定频段(同步信号对应的频段)的信号。类似的，由于噪声的存在，第二接收器实际上接收到的是同步混合信号。除了需要的同步信号外，同步混合信号可能还包括了雷达回波信号引起的噪声、随机噪声以及初始雷达信号引起的噪声等。因此，在获得同步混合信号后，利用第二滤波器对雷达混合信号进行带通滤波处理，从而过滤掉高频或低频的噪声，得到同步信号。
另外，在同步混合信号中，主要的噪声源是雷达回波信号所引起的噪声。因此，第二滤波器主要是将同步信号中混叠的雷达回波信号进行滤除。
还需要说明的是，第二滤波器可以是带通滤波器，能够将同步混合信号中的其他信号滤除，从而得到同步信号。
这样，通过独立设置的第一接收链路和第二接收链路，接收设备可以在采集雷达回波信号的过程中，接收到同步信号。
S102：对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差。
需要说明的是，在接收设备接收到同步信号后，根据同步信号处理得到同步误差值，以便于后续利用同步误差值来进行校正操作，以使得接收设备和发送设备之间同步，从而保证了雷达回波信号的正确采集和成像。
进一步地，在一些实施例中，所述对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值，可以包括：
将所述同步信号和所述预设参考信号进行混合，得到混合信号；
对所述混合信号进行低通滤波处理，得到滤波后信号；
对所述滤波后信号进行计算，得到所述同步误差值。
需要说明的是，在接收到同步信号之后，需要将同步信号与存储在信号接收中装置中的预设参考信号进行混合，得到混合后信号；然后将混合后信号进行低通过滤处理，得到滤波后信号；最后，对滤波后信号进行计算，得到同步误差值。在这里，对同步信号进行的混合和低通过滤操作，均是为了更好的计算同步误差值。
需要说明的是，对所述混合信号进行低通滤波处理可以是通过第三滤波器进行的，第三滤波器为低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)，用于将低于门限值的低频信号通过，而超过门限值的高频信号则被阻隔、减弱。
进一步地，在一些实施例中，所述对所述滤波后信号进行计算，得到所述同步误差值，可以包括：
对所述滤波后信号进行相位求导操作，确定第一频率差和第二频率差；其中，所述第一频率差是所述同步信号的上升阶段的频率与所述预设参考信号的上升阶段的频率之间的差值，所述第二频率差是所述同步信号的下降阶段的频率与所述预设参考信号的下降阶段的频率之间的差值；
根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值。
需要说明的是，对滤波后信号进行相位求导操作，分别得到第一频率差和所述第二频率差，然后根据第一频率差和所述第二频率差，最终解析得到同步误差值。
参见图3，其示出了本申请实施例提供的一种同步信号和预设参考信号的比较示意图；其中，X轴(即水平轴)表示时间t，Y轴(即垂直轴)表示频率(f)。如图3所示，第一频率差(f1)是所述同步信号的上升阶段的频率与预设参考信号的上升阶段的频率之间的差值，第二频率差(f2)是同步信号的下降阶段的频率与所述预设参考信号的下降阶段的频率之间的差值。
还需要说明的是，同步误差值可以包括时间误差值和频率误差值，从而接收设备能够根据时间误差值和频率误差值分别进行误差补偿，以使得接收装置与发送设备保持时间同步和频率同步，从而提高双多基SAR系统的雷达成像精度。因此，在一些实施例中，所述同步误差值包括频率误差值；所述根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值，可以包括：
计算所述第二频率差和所述第一频率差的差值；
将所述差值的二分之一确定为所述频率误差值。
需要说明的是，同步误差值包括发送设备和接收设备之间的频率误差值。具体的，用第二载波差减去第一载波差，所得到的差值的二分之一为频率误差值，从而后续可以对接收设备进行频率校正。
进一步地，在一些实施例中，所述同步误差值包括时间误差值；所述根据所述第一载波差和所述第二载波差，确定所述同步误差值，可以包括：
计算所述第二载波差和所述第一载波差的和值，并将所所述和值的二分之一确定为平均频率差值；
对所述平均频率差值与预设调频率进行除法运算，得到信号时间；其中，所述预设调频率表示所述发送设备生成所述同步信号的调频率；
对所述信号时间与预设传播时延进行减法运算，得到所述时间误差值；其中，所述预设传播时延表示所述发送设备发送所述同步信号到所述接收设备的延迟时间。
需要说明的是，同步误差值还包括发送设备和接收设备之间的时间误差值。具体的，计算第二载波差和第一载波差的和值，将值的二分之一确定为平均频率差值，然后将平均频率差值与预设调频率相除，能够得到信号时间，然后信号时间和预设传播时延的差值即为时间误差值，从而后续可以对接收设备进行时间校正。在这里，所述预设调频率表示所述发送设备生成所述同步信号的调频率，调频率表示同步信号(本质为线性调频信号)的瞬时频率随时间的变化率。
另外，预设传播时延表示所述发送设备发送所述同步信号到所述接收设备的延迟时间，且预设传播时延是与所述发送设备和所述接收设备之间的距离相关的。
这样，接收设备在接收到同步信号之后，对同步信号进行一系列处理，从而得到了同步误差值。
S103：根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号。
需要说明的是，根据计算得到的同步误差值对雷达回波信号进行误差补偿，从而得到了目标雷达信号。在这里，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
也就是说，由于接收设备和发送设备之间存在的同步误差值，接收设备接收的雷达回波信号和发送设备发送的预设雷达信号是不同步的，这会导致后续对目标物品进行成像时出现误差；通过同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，使得目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步，从而能够对目标物品进行更好的成像。
进一步地，在一些实施例中，在所述根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号之后，该方法还可以包括：
根据所述目标雷达信号进行成像操作，得到所述目标物体的雷达图像。
需要说明的是，通过对目标雷达信号进行成像，能够得到目标物品的图像，从而实现了对于目标物品的远程探测。
综上所述，本申请实施例提供了一种应用于双多基SAR系统的时间和频率同步方法，可以精确地获取双多基SAR系统的时间和频率同步误差，进而实现双多基SAR的时间和频率同步。具体的，本申请实施例提供的时间和频率同步方法中的雷达链路与同步链路是相互独立的，并且雷达回波信号和同步信号的波形也是频率分集的。与相关技术方中的脉冲交换方案相比，本申请实施例所提供的时间和频率同步方法具有以下优点：(1)同步信号与雷达信号之间无干扰，可同时进行同步通信和雷达成像；(2)时间同步精度高，可以实现超远距离的时间和频率同步；(3)同步频率也可以很高，从而能够通过高频率的同步信号来进一步提高同步精度。
本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法，在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
在本申请的另一实施例中，参见图4，其示出了本申请实施例提供的另一种时间和频率同步方法的流程示意图。如图4所示，该方法可以包括：
S201：对初始信号进行信号调制，生成同步信号。
需要说明的是，本申请实施例提供的时间和频率同步方法应用于发送设备，该发送设备可以是双多基SAR系统中用于发送预设雷达信号的主卫星，或者以功能模块的方式集成在双多基SAR系统中用于发送预设雷达信号的主卫星上。
还需要说明的是，在双多基SAR系统中，发送设备和接收设备需要保持同步。因此，发送设备需要周期性的生成同步信号，并将同步信号向接收设备发送，以便于接收设备根据同步信号进行误差补偿。因此，发送设备对初始信号进行信号调制，从而得到同步信号。
进一步地，在一些实施例中，所述基于初始信号进行信号调制操作，确定同步信号，可以包括：
根据同步信号的载波频率对初始信号进行信号调制处理，生成初始同步信号；
对所述初始同步信号进行滤波处理，得到滤波后同步信号；
对所述滤波后同步信号进行放大操作，得到所述同步信号。
需要说明的是，同步信号的生成过程如下：首先，基于同步信号的载波频率(同步信号的载波频率是预设的，根据实际使用需求确定)，对初始信号进行信号调制处理，生成初始同步信号；对所述初始同步信号进行滤波处理，滤除初始同步信号中的噪声，得到滤波后同步信号；对所述滤波后同步信号放大到需要的强度，得到同步信号。
进一步地，在一些实施例中，初始信号是一种线性调频信号，包括上升阶段和下降阶段。
在一种情况中，0-T/2时间段为初始信号的上升阶段；T/2-T时间段为初始信号的下降阶段；T表示同步信号的时间周期，也就是说一个单位的同步信号的持续时长，T为大于0的正数。
需要说明的是，由于初始信号包括上升阶段和下降阶段，因此在经过信号调制处理、滤波处理和放大操作后，所得到的同步信号同样包括上升阶段和下降阶段。参见图5A，其示出了本申请实施例提供的一种同步信号的波形示意图；其中，X轴(即水平轴)表示时间t，Y轴(即垂直轴)表示频率(f)，虚线部分的曲线表示预设雷达信号(Radar Signal)，实线部分的曲线表示同步信号(Synchronization signal)。如图5A所示，f1为同步信号的载波频率，且频率最大值为(f1+fm)，0-T/2时间段对应着同步信号的上升阶段；T/2-T时间段对应着同步信号的下降阶段。
在另一种情况中，0-T/2时间段为初始信号的下降阶段；T/2-T时间段为初始信号的上升阶段；T表示同步信号的时间周期，也就是说一个单位的同步信号的持续时长，T为大于0的正数。
需要说明的是，参见图5B，其示出了本申请实施例提供的另一种同步信号的波形示意图；其中，X轴(即水平轴)表示时间t，Y轴(即垂直轴)表示频率(f)，虚线部分的曲线表示预设雷达信号(Radar Signal)，实线部分的曲线表示同步信号(Synchronizationsignal)。如图5B所示，f1为同步信号的载波频率，且同步信号的频率最大值为(f1+fm)，0-T/2时间段对应着同步信号的下降阶段；T/2-T时间段对应着同步信号的上升阶段。
在这里，两种波形的同步信号在功能和应用场景方面并没有区别，可以根据实际需求进行选用。另外，从图5A和图5B也可以看出，预设雷达信号和同步信号所对应的频段是不同的。
S202：在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号。
需要说明的是，在双多基SAR系统的雷达成像过程中，由主卫星向目标地理位置发送预设雷达信号，然后辅卫星接收目标地理位置反射的雷达回波信号，从而辅卫星可以根据预设雷达信号和雷达回波信号进行成像，从而获得了目标地理位置的图像。也就是说，所述预设雷达信号用于在遇到目标物体后反射雷达回波信号。
因此，对于发送设备，其中独立的设置有第一发射链路和第二发射链路，第一发射链路用于发射预设雷达信号，第二发射链路用于发送同步信号。这样，发送设备在发送预设雷达信号的过程中，仍然可以通过第二发射链路发送同步信号，从而提高了双多基SAR系统的工作效率。
另外，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。这样接收设备就可以根据同步信号对应的频段和预设雷达信号对应的频段，分别接收同步信号和雷达回波信号(雷达回波信号的频段与预设雷达信号的频段是对应的)。
需要说明的是，预设雷达信号是指发送设备向目标地理位置发送的信号。因此，在一些实施例中，该方法还可以包括：
将所述预设雷达信号发送至目标物体，以使得接收设备接收所述目标物体反射的雷达回波信号。
需要说明的是，发送设备首先向目标物体发送预设雷达信号，然后接收设备从目标物体接收反射的雷达回波信号，从而辅卫星可以根据预设雷达信号和雷达回波信号进行成像，从而获得了目标地理位置的图像。
本申请实施例提供了一种时间和频率同步方法，通过对初始信号进行信号调制，生成同步信号；在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。这样，由于发送设备能够在发送预设雷达信号的过程中，通过独立发送链路来发送同步信号，从而预设雷达信号和同步信号互不干扰，提高了双多基SAR系统的工作效率；另外，发送设备可以高频率的发送同步信号，也提升了双多基SAR系统的同步精度，从而提高了成像效果和系统性能。
在本申请的又一实施例中，参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种信双多基雷达系统30的组成结构示意图。如图6所示，该双多基雷达系统30可以包括发送设备301和接收设备302；其中，
发送设备301包括第一超稳定晶振(USO_1)3011、第一混合器3012(Mixer1)、第一滤波器/放大器组件(Filter and Amplifier 1)3013、发射器(Transmitter)3014、第二混合器(Mixer 2)3015、第二滤波器/放大器组件(Filter and Amplifier2)3016和同步发射天线(Synchronization Antenna)3017。其中，滤波器/放大器组件中包含滤波器和放大器。
接收设备302包括第二超稳定晶振(USO_2)3021、第一混合器(Mixer 1)3022、第一带通滤波器/放大器组件(BPF and Amplifier 2)3023(其中的第一带通滤波器相当于前述的第一滤波器)、接收器(Receiver)3024(相当于前述的第一接收器)、第二混合器(Mixer2)3025、第二带通滤波器/放大器组件(BPF and Amplifier 2)3026(其中的第二带通滤波器相当于前述的第二滤波器)、第三低通滤波器和放大器(LPF and Amplifier 3)3027、信号收集器(Signal Collector)3028和同步接收天线(Synchronization Antenna)3029(相当于前述的第二接收器)。其中，带通滤波器/放大器组件中包含调制解调器和放大器。
需要说明的是，对于发送设备301，实质上包括两条独立的发送链路，具体说明如下：
第一发送链路由第一混合器3012、第一滤波器/放大器组件3013和发射器3014构成，用于向目标地理位置发送同步信号。具体过程为：第一超稳定晶振3011产生第一载波(Carrier Frequency 1_1)，第一混合器3012将第一载波和基带雷达信号Baseband Radarsignal进行混合，混合后信号经过第一滤波器/放大器组件3013的处理后成为预设雷达信号，由发射器3014将预设雷达信号发往目标地理位置。
第二发送链路由第二混合器3015、第二滤波器/放大器组件3016和同步发射天线3017构成，用于向接收设备302发送预设雷达信号。具体过程为：第一超稳定晶振3011产生第二载波(Carrier Frequency 1_2)，第二混合器3015利用第二载波对初始信号(Synchronization signal)进行信号调制，得到初始同步信号，初始同步信号经过第二滤波器/放大器组件3016的处理后得到同步信号，由同步发射天线3017将同步信号发往接收设备302。
还需要说明的是，对于接收设备302，实质上包括两条独立的接收链路，具体说明如下：
第一接收链路由第一混合器3022、第一带通滤波器/放大器组件3023、接收器3024构成，用于接收来自于目标地理位置的雷达回波信号。具体过程为：接收器3024接收到雷达混合信号，然后第一混合器3022根据第一载波(Carrier Frequency2_1)对雷达混合信号进行处理和过滤(第一载波由第二超稳定晶振3021产生)，过滤后信号经过第一带通滤波器/放大器组件3023处理后，得到雷达回波信号(Radar Signal)，然后将雷达回波信号发送到信号收集器3028以备后续处理。
第二接收链路由第二混合器3025、第二带通滤波器/放大器组件3026和同步接收天线3027构成，用于接收来自于发送设备301的同步信号。具体过程为：接收天线3027接收到同步混合信号，第二带通滤波器和放大器3026滤除同步混合信号中的雷达回波信号，得到同步信号；然后第二混合器3025根据同步参考信号(Reference Sync Signal)对同步信号进行混频处理(同步参考信号由第二超稳定晶振3021产生)，混频后信号经过第三低通滤波器和放大器3027后发送到信号收集器以备后续处理。
这样，根据本申请实施例所提供的双多基雷达系统，可以实现同步链路和雷达链路的相互独立，从而可以独立的发送同步信号和预设雷达信号，或者可以独立的接收同步信号和雷达回波信号。
示例性的，根据双多基雷达系统的组成结构，本申请实施例还提出了一种新的雷达信号和同步信号的收发时序。具体的，本申请实施例所提出的双多基SAR的时间和频率同步方案的雷达链路与同步链路是相互独立的，并且它们所采用的雷达波形也是频率分集的。如图6所示，在系统的接收端，两个独立的带通滤波器被采用，其可以被用来滤除雷达信号中混叠的同步信号以及同步信号中混叠的雷达信号。所以，该方案的雷达信号的接收不受同步通信的影响。因为本方案中的雷达信号与同步信号互不影响，所以同步信号的传输不受时序的限制，同步频率可以很高。也就是说，该方案可以实现超远距离的同步通信。
在相关技术方案中，雷达信号与同步信号不能同时被接收，这会打断雷达系统的正常工作，导致周期性的数据丢失，从而会影响雷达的干涉测量精度和系统性能。此外，考虑到中断带来的数据丢失影响，相关技术方案中的同步速率不能过高，否则会造成混叠和插值误差。而远距离传输依然需要比较高的同步频率，并且远距离同步信号的传输时间较长，相应的一次脉冲交换花费的时间较长，这严重地限制了同步的频率。因此，相关技术方案中的脉冲交换方案很难实现远距离同步。
示例性的，根据双多基雷达系统的组成结构，本申请实施例还提出了一种新的时间和频率同步的信号波形。本申请提出使用如图5A或图5B所示的雷达波形来实现双多基SAR的时间和频率同步。如图5A所示，在同步信号波形中，第一部分是down-LFM信号(相当于前述的同步信号的下降阶段)和第二部分为up-LFM信号(相当于前述的同步信号的上升阶段)；如图5B所示，在同步信号波形中，第一部分为up-LFM信号和第二部分为down-LFM信号。
示例性的，根据双多基雷达系统的组成结构和同步信号的波形，本申请实施例还提出了一种同步信号的处理方法，其处理过程如下：
首先，发送设备301发送的同步信号的表达式如式(1)所示：
Figure BDA0002778363280000181
其中，B表示信号带宽，K为预设调频率。
其次，加入脉冲传播时延后，同步信号的表达式如式(2)所示：
Figure BDA0002778363280000182
其中，tsyn为同步信号的传播时延(相当于前述的预设传播时延)。在这里，tsyn的大小与发送设备301和接收设备302之间的距离相关。
另外，在接收设备302的参考同步信号(相当于前述的预设参考信号)如式(3)所示：
Figure BDA0002778363280000191
因此，当接收设备302接收到同步信号之后，将同步信号与参考同步信号进行混频，然后利用低通滤波器进行过滤，经过低通滤波器后得到的信号表达式如式(4)所示：
Figure BDA0002778363280000192
之后，对式(4)的相位进行求导，结果如式(5)所示：
Figure BDA0002778363280000193
其中，f1为同步信号中down-LFM对应的频率与预设参考信号中down-LFM对应的频率差值，f2为同步信号中up-LFM对应的频率与预设参考信号中up-LFM对应的频率差值(或者f1对应up-LFM，f2对应up-LFM信号的载波频率)，对公式(5)进行变形可以得到时间偏差与频率偏差的具体表达式为：
Figure BDA0002778363280000194
另外，同步信号的测量值的理论值虽然为式(4)，但是接收设备302接收到的同步信号实际上还会掺杂通道噪声，因此，同步信号的测量值实际上是时间误差值、频率误差值以及通道噪声的函数，所以同步信号的测量值可以通过式(7)的形式表示：
Figure BDA0002778363280000195
其中，Ce为通道噪声(高斯噪声)，
Figure BDA0002778363280000196
为非理想的振荡源的原始相位噪声。
需要说明的是，在考虑噪声的时候，多普勒相位误差、天线角度变化误差、接收机噪声以及地面反射的雷达信号的影响等也需要被考虑。但是，为了分析的方便，在这里主要评估通道噪声对同步方案性能的影响。
非理想的振荡源的原始相位噪声
Figure BDA0002778363280000201
可以用相对频率起伏谱密度
Figure BDA0002778363280000202
来表示，如式(8)所示：
Figure BDA0002778363280000203
其中，fh为测量相位噪声所用的上限截止频率，hm为常数。在这里，hm取决于振荡源的噪声特性。并且振荡源的相位噪声主要由2～4种幂率谱噪声组成。
此外，
Figure BDA0002778363280000204
也可以用单边相位噪声曲线
Figure BDA0002778363280000205
的幂率谱噪声模型表示。而
Figure BDA0002778363280000206
可以由Leeson模型(一种振荡器的相位噪声模型)估算，该模型如式(9)所示：
Figure BDA0002778363280000207
其中，F为反馈系数，kB为玻尔兹曼常数，T为华氏温度，P为输入激励功率，f0为中心频率，fm为偏差频率，QL为品质因数，fc是拐角频率。在此，使用Leeson模型来估计相位噪声。
进一步地，基于时间误差、频率误差、f1和f2的关系，并利用现有的M-Rife(一种频率估计方法)、极大似然估计方法(Maximum Likelihood Estimate，MLE)等算法对f1与f2进行估计，从而得到精确的时间与频率偏差。
进一步地，在本申请实施例中，还通过五组仿真实验来对所提出的同步方法进行能分析和评估，具体的仿真参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002778363280000208
其中，GHz为千兆赫兹(Giga Hertz)，MHz为兆赫兹(Mega Hertz)，us为微秒(microseconds)，Km为千米(kilometers)。
另外，在仿真实验中，信噪比(Signal-to-noiseratio，SNR)为同步信号测量值/通道噪声Ce，单位为分贝(deci Bel，dB)。
五组仿真实验分别说明如下：
(1)保持时间误差设定值与频率误差设定值不变，从同步信号中估计时间误差和频率误差信噪比(SNR)的关系。
具体的，SNR的取值区间为10dB至70dB，频率误差设定值与时间误差设定值分别为2Hz和100ns。
参见图7A，其示出了本申请实施例提供的一种估计频率误差值随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示频率误差(△f)，虚线部分的曲线表示频率误差设定值随SNR的变化，实线部分的曲线表示估计频率误差值随SNR的变化。参见图7B，其示出了本申请实施例提供的一种残余频率误差值随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示残余频率误差(Residual△f)。如图7A和图7B所示，当SNR较小时，估计频率误差数值不稳定；当SNR较大时，估计频率误差数值趋向稳定，且非常接近频率误差设定值。
参见图7C，其示出了本申请实施例提供的一种估计时间误差值随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示时间误差(△t)，虚线部分的曲线表示时间误差设定值随SNR的变化，实现部分的曲线表示估计时间误差值随SNR的变化。参见图7D，其示出了本申请实施例提供的一种残余时间误差随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差(Residual△t)。如图7C和图7D所示，估计时间误差值随着SNR进行改变的幅度较小，而且随着SNR的增大且趋向稳定。
从图7A～7D可以看出，当SNR>40dB的时候，残余频率误差以及残余时间误差均趋向稳定。
(2)SNR与频率误差设定值不变，从同步信号中估计时间误差值与时间误差设定值的关系。
具体的，SNR取值为40dB，频率误差设定值为2Hz，时间误差设定值的取值区间为0至1000ns。
参见图8A，其示出了本申请实施例提供的一种估计时间误差值随时间误差设定值的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示时间误差设定值(△t)，Y轴(即垂直轴)表示估计时间误差值(△t)。参见图8B，其示出了本申请实施例提供的一种残余时间误差值随时间误差设定值的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示时间误差设定值(△t)，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差值(Residual△t)。如图8A和图8B所示，当时间误差设定值的取值区间为0至1000ns时，残余时间误差在1.13ns以内。
(3)保持SNR与时间误差设定值不变，从同步信号中估计频率误差值与频率误差设定值的关系。
具体的，SNR取值为40dB，时间误差设定值为100ns，频率误差设定值的取值区间为0至1000Hz。
参见图9A，其示出了本申请实施例提供的一种估计频率误差值随频率误差设定值的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示频率误差设定值(△f)，Y轴(即垂直轴)表示估计频率误差值(△f)。参见图9B，其示出了本申请实施例提供的一种残余频率误差值随频率误差设定值的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示频率误差设定值(△f)，Y轴(即垂直轴)表示残余频率误差值(Residual△f)。如图9A和图9B所示，当频率误差设定值的取值区间为0至1000Hz时，残余频率误差在0.2Hz以内。
(4)SNR、频率误差设定值和时间误差设定值不变，从同步信号中估计时间偏移与频率偏移值和实验次数的关系。
具体的，SNR取值为40dB，频率误差设定值为2Hz，时间误差设定值为100ns，实验次数为1000次。
参见图10A，其示出了本申请实施例提供的一种残余频率误差值随实验编号的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示实验编号(Index of Experiments)，Y轴(即垂直轴)表示残余频率误差值(Residual△f)，实线部分的曲线表示直接获得的残余频率误差值，虚线部分的曲线是利用卡尔曼滤波器进行平滑估计的残余频率误差值。参见图10B，其示出了本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余频率误差值随实验编号的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示实验编号(Average times)，Y轴(即垂直轴)表示残余频率误差值(Residual△f)。如图10A和图10B所示，残余频率误差值在多次实验中均较为稳定。
参见图10C，其示出了本申请实施例提供的一种是残余时间误差值随实验编号的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示实验编号(Index of Experiments)，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差值(Residual△t)，实线部分的曲线表示直接获得的残余时间误差值，虚线部分的曲线是利用卡尔曼滤波器进行平滑估计的残余时间误差值图。参见图10D，其示出了本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余频率误差值随实验编号的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示实验编号(Average times)，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差值(Residual△t)。如图10C和图10D所示，残余时间误差值在多次实验中均较为稳定。
从图10A～10D可知，在SNR取值为40dB，频率误差设定值为2Hz，时间误差设定值为100ns的情况下，经过卡尔曼滤波处理之后的残余频率误差在0.005Hz以内，残余时间误差在1.12ns以内。
(5)频率误差设定值和时间误差设定值不变，卡尔曼滤波后残余时间偏移与频率偏移值和SNR的关系。
具体的，SNR取值为40dB，频率误差设定值为2Hz，时间误差设定值为100ns，SNR的取值区间为40dB至80dB。
参见图11A，其示出了本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余频率误差值随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差值(Residual△f)。参见图11B，其示出了本申请实施例提供的一种卡尔曼滤波后残余时间误差值随SNR的变化示意图；其中，X轴(即水平轴)表示SNR，Y轴(即垂直轴)表示残余时间误差值(Residual△t)。如图11A和图11B所示，随着SNR的增加，经过卡尔曼滤波处理后的时间偏移值与频率偏移值降低。
综上所述，本申请实施例的主要目的在于提出一种全新的双多基SAR的时间和频率同步方法。该方法不仅解决了超远距离分布的双多基SAR的时间和频率同步难题，而且极大程度地提升了时间和频率同步的精度。通过仿真实验验证，所提出的双多基SAR的时间和频率同步方法可以将残余时间误差控制在1.12ns以内，频率误差在0.005Hz以内(SNR＝40dB)。这些都表明该方法以很好地满足双多基SAR系统的需求。也就是说，本申请实施例与相关技术中的脉冲交换同步方案的不同点在于：雷达链路和同步链路是相互独立的。此外，本申请实施例采用的雷达和同步信号是频率分集的，并且雷达和同步接收机均采用两个独立的带通滤波器，分别滤除雷达信号中的同步信号以及同步信号中的雷达回波信号。因此，在双多基SAR系统的时间和频率同步方案中，同步信号与雷达回波信号的干扰被去除，同步通信和雷达成像可同时进行，这大大提升了系统的工作效率。
本申请实施例提供了一种双多基雷达系统，该双多基雷达系统可以包括发送设备和接收设备，且接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
在本申请的再一实施例中，参见图12，其示出了本申请实施例提供的一种接收设备302的组成结构图，如图12所示，该接收设备302包括接收单元401、处理单元402和同步单元403；其中，
接收单元401，配置为在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
处理单元402，配置为对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
同步单元403，配置为根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
在一些实施例中，所述第一接收链路包括第一接收器和第一滤波器；接收单元401，还配置为通过所述第一接收器接收雷达混合信号；通过所述第一滤波器对所述雷达混合信号进行带通滤波处理，得到所述雷达回波信号。
在一些实施例中，所述第二接收链路包括第二接收器和第二滤波器；接收单元401，还配置为通过所述第二接收器接收同步混合信号；通过所述第二滤波器对所述同步混合信号进行带通滤波处理，得到所述同步信号。
在一些实施例中，处理单元402，具体配置为将所述同步信号和所述预设参考信号进行混合，得到混合信号；对所述混合信号进行低通滤波处理，得到滤波后信号；对所述滤波后信号进行计算，得到所述同步误差值。
在一些实施例中，处理单元402，还配置为对所述滤波后信号进行相位求导操作，确定第一频率差和第二频率差；其中，所述第一频率差是所述同步信号的上升阶段的频率与所述预设参考信号的上升阶段的频率之间的差值，所述第二频率差是所述同步信号的下降阶段的频率与所述预设参考信号的下降阶段的频率之间的差值；根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值。
在一些实施例中，所述同步误差值包括频率误差值；处理单元402，还配置为计算所述第二频率差和所述第一频率差的差值；将所述差值的二分之一确定为所述频率误差值。
在一些实施例中，所述同步误差值包括时间误差值；处理单元402，还配置为计算所述第二频率差和所述第一频率差的和值，并将所述和值的二分之一确定为平均频率差值；对所述平均频率差值与预设调频率进行除法运算，得到信号时间；其中，所述预设调频率表示所述发送设备生成所述同步信号的调频率；将所述信号生成时间与预设传播时延进行相减操作，得到所述时间误差值；其中，所述预设传播时延表示所述发送设备发送所述同步信号到所述接收设备的延迟时间。
在一些实施例中，同步单元403，还配置为根据所述目标雷达信号进行成像操作，得到所述目标物体的雷达图像。
可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有同步程序，所同步程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法的步骤。
基于上述的一种接收设备302的组成以及计算机存储介质，参见图13，其示出了本申请实施例提供的一种接收设备302的硬件结构示意图。如图13所示，可以包括：第一通信接口501、第一存储器502和第一处理器503；各个组件通过第一总线系统504耦合在一起。可理解，第一总线系统504用于实现这些组件之间的连接通信。第一总线系统504除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图13中将各种总线都标为第一总线系统504。其中，第一通信接口501，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
第一存储器502，用于存储能够在第一处理器503上运行的计算机程序；
第一处理器503，用于在运行所述计算机程序时，执行：
在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
可以理解，本申请实施例中的第一存储器502可以是易失性第一存储器或非易失性第一存储器，或可包括易失性和非易失性第一存储器两者。其中，非易失性第一存储器可以是只读第一存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读第一存储器(ProgrammableROM，PROM)、可擦除可编程只读第一存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读第一存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性第一存储器可以是随机存取第一存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取第一存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取第一存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取第一存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取第一存储器(Double Data Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取第一存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步链动态随机存取第一存储器(Synchronous link DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取第一存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本申请描述的系统和方法的第一存储器502旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的第一存储器。
而第一处理器503可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过第一处理器503中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的第一处理器503可以是通用第一处理器、数字信号第一处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(APPlication Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用第一处理器可以是微第一处理器或者该第一处理器也可以是任何常规的第一处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码第一处理器执行完成，或者用译码第一处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机第一存储器，闪存、只读第一存储器，可编程只读第一存储器或者电可擦写可编程第一存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于第一存储器502，第一处理器503读取第一存储器502中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
可以理解的是，本申请描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(APPlication Specific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号第一处理器(DigitalSignal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable Logic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)、通用第一处理器、控制器、微控制器、微第一处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本申请所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本申请所述的技术。软件代码可存储在第一存储器中并通过第一处理器执行。第一存储器可以在第一处理器中或在第一处理器外部实现。
可选地，作为另一个实施例，第一处理器503还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法的步骤。
本申请实施例提供了一种接收设备，该接收设备包括接收单元、处理单元和同步单元；其中，所述接收单元，配置为在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；所述处理单元，配置为对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；所述同步单元，配置为根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
在本申请的再一实施例中，参见图14，其示出了本申请实施例提供的一种发送设备301的组成结构图，如图14所示，该发送设备301包括生成单元601和发送单元602；其中，
生成单元601，配置为对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
发送单元602，配置为在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
在一些实施例中，发送单元602，还配置为将所述预设雷达信号发送至目标物体，以使得接收设备接收所述目标物体反射的雷达回波信号。
在一些实施例中，生成单元601，具体配置为根据同步信号的载波频率对初始信号进行信号调制处理，生成初始同步信号；对所述初始同步信号进行滤波处理，得到滤波后同步信号；对所述滤波后同步信号进行放大操作，得到所述同步信号。
可以理解地，在本实施例中，“单元”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是模块，还可以是非模块化的。而且在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例提供了一种计算机存储介质，应用于发送设备301，该计算机存储介质存储有同步程序，所述主机分类程序被第二处理器执行时实现前述实施例中任一项所述的方法。
基于上述发送设备301的组成以及计算机存储介质，参见图15，其示出了本申请实施例提供的发送设备301的硬件结构示意图，如图15所示，发送设备301可以包括：第二通信接口701、第二存储器702和第二处理器703；各个组件通过第二总线系统704耦合在一起。可理解，第二总线系统704用于实现这些组件之间的连接通信。第二总线系统704除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图15中将各种总线都标为第二总线系统704。其中，
第二通信接口701，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
第二存储器702，用于存储能够在第二处理器703上运行的计算机程序；
第二处理器703，用于在运行所述计算机程序时，执行：
对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
可选地，作为另一个实施例，第二处理器703还配置为在运行所述计算机程序时，执行前述实施例中任一项所述的方法。
可以理解，第二存储器702与第一存储器502的硬件功能类似，第二处理器703与第一处理器503的硬件功能类似；这里不再详述。
本申请实施例提供了一种发送设备，该发送设备包括生成单元和发送单元；其中，所述生成单元，配置为对初始信号进行信号调制，生成同步信号；所述发送单元，配置为在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。这样，由于发送设备能够在发送预设雷达信号的过程中，通过独立发送链路来发送同步信号，从而预设雷达信号和同步信号互不干扰，提高了双多基SAR系统的工作效率；另外，发送设备可以高频率的发送同步信号，也提升了双多基SAR系统的同步精度，从而提高了成像效果和系统性能。
基于上述接收设备302和发送设备301的组成以及硬件结构示例，参见图16，其示出了本申请实施例提供的另一种双多基雷达系统30的组成结构示意图。
如图16所示，所述双多基雷达系统30至少包括前述实施例中任一项所述的接收设备302和发送设备301，且接收设备302和发送设备301之间通过前述的同步方法进行同步。这样，接收设备通过两组独立的接收链路分别接收雷达回波信号和同步信号，从而同步信号不会打断雷达回波信号的采集，能够实现超远距离分布的双多基雷达系统的时间和频率同步；同时，因为同步信号不会打断雷达回波信号的采集，所以不会周期性的丢失雷达回波信号，提高了双多基雷达系统的测量精度；另外，由于同步通信和雷达成像可以同步进行，还提高了双多基雷达系统的工作效率。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。
需要说明的是，在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种时间和频率同步方法，其特征在于，应用于接收设备，所述方法包括：
在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
2.根据权利要求1所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述第一接收链路包括第一接收器和第一滤波器；所述方法还包括：
通过所述第一接收器接收雷达混合信号；
通过所述第一滤波器对所述雷达混合信号进行带通滤波处理，得到所述雷达回波信号。
3.根据权利要求1所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述第二接收链路包括第二接收器和第二滤波器；所述通过第二接收链路接收同步信号，包括：
通过所述第二接收器接收同步混合信号；
通过所述第二滤波器对所述同步混合信号进行带通滤波处理，得到所述同步信号。
4.根据权利要求1所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值，包括：
将所述同步信号和所述预设参考信号进行混合，得到混合信号；
对所述混合信号进行低通滤波处理，得到滤波后信号；
对所述滤波后信号进行计算，得到所述同步误差值。
5.根据权利要求4所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述对所述滤波后信号进行计算，得到所述同步误差值，包括：
对所述滤波后信号进行相位求导操作，确定第一频率差和第二频率差；其中，所述第一频率差是所述同步信号的上升阶段的频率与所述预设参考信号的上升阶段的频率之间的差值，所述第二频率差是所述同步信号的下降阶段的频率与所述预设参考信号的下降阶段的频率之间的差值；
根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值。
6.根据权利要求5所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述同步误差值包括频率误差值；所述根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值，包括：
计算所述第二频率差和所述第一频率差的差值；
将所述差值的二分之一确定为所述频率误差值。
7.根据权利要求5所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述同步误差值包括时间误差值；所述根据所述第一频率差和所述第二频率差，确定所述同步误差值，包括：
计算所述第二频率差和所述第一频率差的和值，并将所述和值的二分之一确定为平均频率差值；
对所述平均频率差值与预设调频率进行除法运算，得到信号时间；其中，所述预设调频率表示所述发送设备生成所述同步信号的调频率；
对所述信号时间与预设传播时延进行减法运算，得到所述时间误差值；其中，所述预设传播时延表示所述发送设备发送所述同步信号到所述接收设备的延迟时间。
8.根据权利要求1所述的时间和频率同步方法，其特征在于，在所述根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号之后，所述方法还包括：
根据所述目标雷达信号进行成像操作，得到所述目标物体的雷达图像。
9.一种时间和频率同步方法，其特征在于，应用于发送设备，所述方法包括：
对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
10.根据权利要求9所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述预设雷达信号发送至目标物体，以使得接收设备接收所述目标物体反射的雷达回波信号。
11.根据权利要求9所述的时间和频率同步方法，其特征在于，所述对初始信号进行信号调制，生成同步信号，包括：
根据同步信号的载波频率对初始信号进行信号调制处理，生成初始同步信号；
对所述初始同步信号进行滤波处理，得到滤波后同步信号；
对所述滤波后同步信号进行放大操作，得到所述同步信号。
12.一种接收设备，其特征在于，所述接收设备包括接收单元、处理单元和同步单元；其中，
所述接收单元，配置为在通过第一接收链路接收雷达回波信号的过程中，通过第二接收链路接收同步信号；其中，所述同步信号和所述雷达回波信号的频段不同，所述雷达回波信号是由发送设备发射的预设雷达信号遇到目标物体进行反射得到的；
所述处理单元，配置为对所述同步信号与预设参考信号进行信号处理，确定同步误差值；
所述同步单元，配置为根据所述同步误差值对所述雷达回波信号进行误差补偿，得到目标雷达信号；其中，所述目标雷达信号与所述预设雷达信号之间时间和频率同步。
13.一种接收设备，其特征在于，所述接收设备包括第一存储器和第一处理器；其中，
所述第一存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述第一处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
14.一种发送设备，其特征在于，所述发送设备包括生成单元和发送单元；其中，
所述生成单元，配置为对初始信号进行信号调制，生成同步信号；
所述发送单元，配置为在通过第一发射链路发送预设雷达信号的过程中，通过第二发射链路发送所述同步信号；其中，所述同步信号和所述预设雷达信号的频段不同。
15.一种发送设备，其特征在于，所述发送设备包括：第二存储器和第二处理器；其中，
所述第二存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述第二处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如权利要求9-11任一项所述方法的步骤。
16.一种双多基雷达系统，其特征在于，所述双多基雷达系统至少包括如权利要求12或13所述的接收设备，以及如权利要求14或15所述的发送设备。
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