CN114355302B - 一种宽带全极化雷达幅相校准方法 - Google Patents

一种宽带全极化雷达幅相校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了利用极化状态可调的目标模拟器和飞球（球卫星）相结合的方法实现对宽带全极化雷达的四个极化通道的幅相校准，有效改善了四个通道一维距离像的质量，为获取和利用目标的宽带极化信息奠定基础。

Description

一种宽带全极化雷达幅相校准方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种雷达幅相校准方法。
背景技术
宽带全极化雷达可以获取雷达动目标的全极化高分辨信息，对利用目标的极化信息进行目标识别有着重要的意义，然而，宽带全极化雷达四个极化通道的宽带幅相特性难以做到很理想，从而恶化目标各极化通道的高分辨一维距离像。传统的单通道雷达可以利用飞球或球卫星等理想点目标对雷达系统的幅相特性进行标校已解决系统宽带幅相特性不理想的问题，但宽带全极化雷达属于多通道系统，而飞球或球卫星等理想点目标的交叉极化分量为零，只能用来校准全极化雷达同极化通道的幅相特性，无法校准全极化雷达的交叉极化测量通道的幅相特性，从而无法准确得到目标交叉极化通道的高分辨一维距离像，影响目标高分辨极化信息的应用。因此，为了准确地测得目标的高分辨极化信息，要采取相应的措施来补偿宽带全极化雷达各极化通道幅相不理想对测量结果造成的影响。
针对极化测量过程中宽带全极化雷达各极化通道的宽带幅相特性不理想的问题，本发明提出了利用极化状态可调的目标模拟器和飞球(球卫星)相结合对宽带全极化雷达的四个极化通道进行幅相校准的方法，有效改善了四个通道一维距离像的质量。
发明内容
本发明的目的在于利用飞球(球卫星)和目标模拟器相结合的方法对宽带全极化雷达的四个极化通道进行幅相校准，改善目标各极化通道高分辨一维距离像质量，为目标宽带极化信息的利用奠定基础。
本发明要解决的技术问题是提供一种对宽带全极化雷达的四个极化通道进行幅相校准，改善目标各极化通道高分辨一维距离像质量的方法。
为解决上述问题，本发明采用的方案如下：
一种宽带全极化雷达幅相校准方法利用极化状态可调的目标模拟器和飞球(球卫星)相结合的方法实现对宽带全极化雷达的四个极化通道的幅相校准，首先利用宽带全极化雷达录取飞球或球卫星等理想点目标的回波数据，获取雷达同极化通道的幅相特性，然后利用宽带全极化雷达录取目标模拟器的两个天线处于水平发射水平接收(HH)或者垂直发射垂直接收 (VV)状态的回波数据，获取雷达同极化通道和目标模拟器级联的幅相特性，通过信号处理提取目标模拟器的幅相特性，最后利用宽带全极化雷达录取目标模拟器两个天线分别处于水平发射垂直接收(HV)和垂直发射水平接收(VH)状态的回波数据，获取雷达交叉极化通道和目标模拟器级联的幅相特性，通过信号处理扣除目标模拟器的幅相特性后，得到雷达HV 和VH交叉极化通道的幅相特性。一种宽带全极化雷达幅相校准的方法包括四个步骤：(1) 雷达同极化通道宽带幅相特性获取；(2)目标模拟器宽带幅相特性获取；(3)雷达交叉极化通道宽带幅相特性获取；(4)利用提取的幅相特性对各极化通道进行补偿处理。对各步骤详细解释如下：
步骤1、雷达同极化通道宽带幅相特性获取
步骤1.1、雷达HH极化通道宽带幅相特性获取
①将宽带全极化雷达设置为HH的工作模式；
②录取飞球(球卫星)的回波数据；
③对宽带全极化雷达HH通道的回波数据取模得到|AHH(ω)|，提取宽带全极化雷达HH 通道幅度误差ΔAHH(ω)＝1/|AHH(ω)|。
④对宽带全极化雷达HH通道的回波数据的相位进行线性拟合 提取宽带全极化雷达HH通道相位误差其中，ahh、bhh是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
步骤1.2、雷达VV极化通道宽带幅相特性获取
①将宽带全极化雷达设置为VV的工作模式；
②录取飞球(球卫星)的回波数据；
③对宽带全极化雷达VV通道的回波数据取模得到|AVV(ω)|，提取宽带全极化雷达VV 通道幅度误差ΔAVV(ω)＝1/|AVV(ω)|；
④对宽带全极化雷达VV通道的回波数据的相位进行线性拟合 提取宽带全极化雷达VV通道相位误差/>其中，avv、bvv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
步骤2、目标模拟器宽带幅相特性获取
步骤2.1、将宽带全极化雷达设置为HH或VV接收工作模式；
步骤2.2、录取目标模拟器HH模式或VV模式的回波数据；
步骤2.3、获取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道幅度误差
对HH通道或VV通道的回波数据取模得到|A2HH(ω)|或|A2VV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道幅度误差ΔA2HH(ω)＝1/|A2HH(ω)|或ΔA2VV(ω)＝ 1/|A2VVω|；
步骤2.4、获取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道相位误差
对HH通道或VV通道的回波数据的相位或/>进行线性拟合 或/>提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV 通道相位误差/>或/>其中， a2hh、b2hh、a2vv、b2vv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率；
步骤2.5、利用步骤1中获取的雷达HH通道或VV通道的幅度误差，提取目标模拟器的幅度误差
ΔA0(ω)＝|AHH(ω)|/|A2HH(ω)|或ΔA0(ω)＝|AVV(ω)|/|A2VV(ω)|；
步骤2.6、利用步骤1中获取的雷达HH通道或VV通道的相位误差，提取目标模拟器的相位误差
或/>
步骤3、雷达交叉极化通道宽带幅相特性获取
步骤3.1、将宽带全极化雷达设置为HV的工作模式；
步骤3.2、录取目标模拟器HV模式的回波数据；
步骤3.3、获取雷达和目标模拟器级联的HV通道的幅度误差
对HV通道的回波数据取模得到|A2HV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HV通道的幅度误差ΔA2HV(ω)＝1/|A2HV(ω)|；
步骤3.4、获取雷达和目标模拟器级联的HV通道相位误差
对HV通道的回波数据的相位进行线性拟合/>提取雷达和目标模拟器级联的HV通道相位误差/>其中，a2hv、b2hv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率；
步骤3.5、利用步骤2中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达HV通道的幅度误差
ΔAHV(ω)＝ΔA2HV(ω)/ΔA0(ω)；
步骤3.6、利用步骤2中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达HV通道的相位误差
步骤3.7、将宽带全极化雷达设置为VH的工作模式；
步骤3.8、录取目标模拟器VH模式的回波数据；
步骤3.9、获取雷达和目标模拟器级联的VH通道幅度误差
对VH通道的回波数据取模得到|A2VH(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的VH通道的幅度误差ΔA2VH(ω)＝1/|A2VH(ω)|；
步骤3.10、获取雷达和目标模拟器级联的VH通道相位误差
对VH通道的回波数据的相位进行线性拟合/>提取雷达和目标模拟器级联的VH通道相位误差/>其中，a2vh、b2vh是一阶多项式的系数，ω是自变量频率；
步骤3.11、利用步骤2中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达VH通道的幅度误差
ΔAVH(ω)＝ΔA2VH(ω)/ΔA0(ω)；
步骤3.12、利用步骤2中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达VH通道的相位误差
步骤4、利用提取的幅相特性对各极化通道进行补偿处理
步骤4.1、利用步骤1得到的雷达HH通道的幅相特性对HH通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.2、利用步骤1得到的雷达VV通道的幅相特性对VV通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.3、利用步骤3得到的雷达HV通道的幅相特性对HV通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.4、利用步骤3得到的雷达VH通道的幅相特性对VH通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.5、分别对sij(ω)和s2ij(ω)做逆傅里叶变换得到宽带幅相校准前后的一维距离像， sij(t)＝IFFT(sij(ω))，s2ij(t)＝IFFT(s2ij(ω))。
其中，sij(ω),s2ij(ω)分别表示校准前和校准后的回波数据，sij(t),s2ij(t)分别表示校准前和校准后的一维距离像，i＝H,V；j＝H,V。
本发明的有益效果是：
本发明提出了利用极化状态可调的目标模拟器和飞球(球卫星)相结合的方法实现对宽带全极化雷达的四个极化通道的幅相校准，有效改善了四个通道一维距离像的质量，为获取和利用目标的宽带极化信息奠定基础。
附图说明
图1一种宽带全极化雷达幅相校准的方法的处理流程
图2雷达系统宽带幅度特性
图3雷达系统宽带相位特性
图4标校前目标一维距离像
图5标校后目标一维距离像
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明包括四个步骤：(1)雷达同极化通道宽带幅相特性获取；(2)目标模拟器宽带幅相特性获取；(3)雷达交叉极化通道宽带幅相特性获取；(4)利用提取的幅相特性对各极化通道进行补偿处理。对各步骤详细解释如下：
(1)雷达同极化通道宽带幅相特性获取
1)雷达HH极化通道宽带幅相特性获取
①将宽带全极化雷达设置为HH的工作模式；
②录取飞球(球卫星)的回波数据；
③对宽带全极化雷达HH通道的回波数据取模得到|AHH(ω)|，提取宽带全极化雷达HH 通道幅度误差ΔAHH(ω)＝1/|AHH(ω)|。
④对宽带全极化雷达HH通道的回波数据的相位进行线性拟合 提取宽带全极化雷达HH通道相位误差/>
2)雷达VV极化通道宽带幅相特性获取
①将宽带全极化雷达设置为VV的工作模式；
②录取飞球(球卫星)的回波数据；
③对宽带全极化雷达VV通道的回波数据取模得到|AVV(ω)|，提取宽带全极化雷达VV 通道幅度误差ΔAVV(ω)＝1/|AVV(ω)|；
④对宽带全极化雷达VV通道的回波数据的相位进行线性拟合 提取宽带全极化雷达VV通道相位误差/>
(2)目标模拟器宽带幅相特性获取
1)将宽带全极化雷达设置为HH或VV接收工作模式；
2)录取目标模拟器HH模式或VV模式的回波数据；
3)对HH通道或VV通道的回波数据取模得到|A2HH(ω)|或|A2VV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道幅度误差ΔA2HH(ω)＝1/|A2HH(ω)|或ΔA2ω(ω)＝ 1/|A2VVω|；
4)对HH通道或VV通道的回波数据的相位或/>进行线性拟合或/>提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道相位误差/>或/>
5)利用步骤(1)中获取的雷达HH通道或VV通道的幅度误差，提取目标模拟器的幅度误差ΔA0(ω)＝|AHH(ω)|/|A2HH(ω)|或ΔA0(ω)＝|AVV(ω)|/|A2VV(ω)|；
6)利用步骤(1)中获取的雷达HH通道或VV通道的相位误差，提取目标模拟器的相位误差或/>
(3)雷达交叉极化通道宽带幅相特性获取
1)将宽带全极化雷达设置为HV的工作模式；
2)录取目标模拟器HV模式的回波数据；
3)对HV通道的回波数据取模得到|A2HV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HV通道的幅度误差ΔA2HV(ω)＝1/|A2HV(ω)|；
4)对HV通道的回波数据的相位进行线性拟合/>提取雷达和目标模拟器级联的HV通道相位误差/>
5)利用步骤(2)中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达HV通道的幅度误差ΔAHV(ω)＝ΔA2HV(ω)/ΔA0(ω)；
6)利用步骤(2)中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达HV通道的相位误差
7)将宽带全极化雷达设置为VH的工作模式；
8)录取目标模拟器VH模式的回波数据；
9)对VH通道的回波数据取模得到|A2VH(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的VH通道的幅度误差ΔA2VH(ω)＝1/|A2VH(ω)|；
10)对VH通道的回波数据的相位进行线性拟合提取雷达和目标模拟器级联的VH通道相位误差
11)利用步骤(2)中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达VH通道的幅度误差ΔAVH(ω)＝ΔA2VH(ω)/ΔA0(ω)；
12)利用步骤(2)中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达VH通道的相位误差
雷达同极化和交叉极化通道的幅度误差和相位误差结果如图2、图3所示。
(4)利用提取的幅相特性对各极化通道进行补偿处理
1)利用步骤(1)得到的雷达HH通道的幅相特性对HH通道回波数据的幅相特性进行补偿
2)利用步骤(1)得到的雷达VV通道的幅相特性对VV通道回波数据的幅相特性进行补偿
3)利用步骤(3)得到的雷达HV通道的幅相特性对HV通道回波数据的幅相特性进行补偿
4)利用步骤(3)得到的雷达VH通道的幅相特性对VH通道回波数据的幅相特性进行补偿
5)分别对sij(ω)和s2ij(ω)做逆傅里叶变换得到宽带幅相校准前后的一维距离像， sij(t)＝IFFT(sij(ω))，s2ij(t)＝IFFT(s2ij(ω))，如图4、图5所示，幅相校准后目标的一维距离像质量明显改善。
其中，sij(ω),s2ij(ω)分别表示校准前和校准后的回波数据，sij(t),s2ij(t)分别表示校准前和校准后的一维距离像，i＝H,V；j＝H,V。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种宽带全极化雷达幅相校准方法，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤1、雷达同极化通道宽带幅相特性获取
步骤1.1、雷达HH极化通道宽带幅相特性获取；
步骤1.2、雷达VV极化通道宽带幅相特性获取；
步骤2、目标模拟器宽带幅相特性获取
步骤2.1、将宽带全极化雷达设置为HH或VV接收工作模式；
步骤2.2、录取目标模拟器HH模式或VV模式的回波数据；
步骤2.3、获取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道幅度误差；
步骤2.4、获取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道相位误差；
步骤2.5、利用步骤1中获取的雷达HH通道或VV通道的幅度误差，提取目标模拟器的幅度误差；
步骤2.6、利用步骤1中获取的雷达HH通道或VV通道的相位误差，提取目标模拟器的相位误差；
步骤3、雷达交叉极化通道宽带幅相特性获取
步骤3.1、将宽带全极化雷达设置为HV的工作模式；
步骤3.2、录取目标模拟器HV模式的回波数据；
步骤3.3、获取雷达和目标模拟器级联的HV通道幅度误差；
步骤3.4、获取雷达和目标模拟器级联的HV通道相位误差；
步骤3.5、利用步骤2中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达HV通道的幅度误差；
步骤3.6、利用步骤2中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达HV通道的相位误差；
步骤3.7、将宽带全极化雷达设置为VH的工作模式；
步骤3.8、录取目标模拟器VH模式的回波数据；
步骤3.9、获取雷达和目标模拟器级联的VH通道幅度误差；
步骤3.10、获取雷达和目标模拟器级联的VH通道相位误差；
步骤3.11、利用步骤2中获取的目标模拟器的幅度误差，提取雷达VH通道的幅度误差；
步骤3.12、利用步骤2中获取的目标模拟器的相位误差，提取雷达VH通道的相位误差；
步骤4、利用提取的幅相特性对各极化通道进行补偿处理
步骤4.1、利用步骤1得到的雷达HH通道的幅相特性对HH通道回波数据的幅相特性进行补偿；
步骤4.2、利用步骤1得到的雷达VV通道的幅相特性对VV通道回波数据的幅相特性进行补偿；
步骤4.3、利用步骤3得到的雷达HV通道的幅相特性对HV通道回波数据的幅相特性进行补偿；
步骤4.4、利用步骤3得到的雷达VH通道的幅相特性对VH通道回波数据的幅相特性进行补偿；
步骤4.5、分别对校准前和校准后的回波数据做逆傅里叶变换得到宽带幅相校准前后的一维距离像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1.1中，
①将宽带全极化雷达设置为HH的工作模式；
②录取飞球或球卫星的回波数据；
③对宽带全极化雷达HH通道的回波数据取模得到|AHH(ω)|，提取宽带全极化雷达HH通道幅度误差ΔAHH(ω)＝1/|AHH(ω)|；
④对宽带全极化雷达HH通道的回波数据的相位进行线性拟合/> 提取宽带全极化雷达HH通道相位误差/>其中，ahh、bhh是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1.2中，
①将宽带全极化雷达设置为VV的工作模式；
②录取飞球或球卫星的回波数据；
③对宽带全极化雷达VV通道的回波数据取模得到|AVV(ω)|，提取宽带全极化雷达VV通道幅度误差ΔAvv(ω)＝1/|AVV(ω)|；
④对宽带全极化雷达VV通道的回波数据的相位进行线性拟合/> 提取宽带全极化雷达VV通道相位误差/>其中，avv、bvv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2.3中，对HH通道或VV通道的回波数据取模得到|A2HH(ω)|或|A2VV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道幅度误差ΔA2HH(ω)＝1/|A2HH(ω)|或ΔA2VV(ω)＝1/|A2VV(ω)|；
步骤2.4中，对HH通道或VV通道的回波数据的相位或/>进行线性拟合或/>提取雷达和目标模拟器级联的HH通道或VV通道相位误差/>或/>其中，a2hh、b2hh、a2vv、b2vv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2.5中，目标模拟器的幅度误差为
ΔA0(ω)＝|AHH(ω)|/|A2HH(ω)|或ΔA0(ω)＝|AVV(ω)|/|A2VV(ω)|；
步骤2.6中，目标模拟器的相位误差为
或/>
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3.3中，对HV通道的回波数据取模得到|A2HV(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的HV通道的幅度误差ΔA2HV(ω)＝1/|A2HV(ω)|；
步骤3.4中，对HV通道的回波数据的相位进行线性拟合/> 提取雷达和目标模拟器级联的HV通道相位误差/>其中，a2hv、b2hv是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3.5中，雷达HV通道的幅度误差为
ΔAHV(ω)＝ΔA2HV(ω)/ΔA0(ω)；
步骤3.6中，雷达HV通道的相位误差为
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3.9中，对VH通道的回波数据取模得到|A2VH(ω)|，提取雷达和目标模拟器级联的VH通道的幅度误差ΔA2VH(ω)＝1/|A2VH(ω)|；
步骤3.10中，对VH通道的回波数据的相位进行线性拟合/> 提取雷达和目标模拟器级联的VH通道相位误差/>其中，a2vh、b2vh是一阶多项式的系数，ω是自变量频率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤3.11中，雷达VH通道的幅度误差为
ΔAVH(ω)＝ΔA2VH(ω)/ΔA0(ω)；
步骤3.12中，雷达VH通道的相位误差为
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤4.1、利用步骤1得到的雷达HH通道的幅相特性对HH通道回波数据的幅相特性进行补偿为
步骤4.2中，利用步骤1得到的雷达VV通道的幅相特性对VV通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.3中，利用步骤3得到的雷达HV通道的幅相特性对HV通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.4中，利用步骤3得到的雷达VH通道的幅相特性对VH通道回波数据的幅相特性进行补偿
步骤4.5中，分别对校准前和校准后的回波数据做逆傅里叶变换得到宽带幅相校准前后的一维距离像
sij(t)＝IFFT(sij(ω))，s2ij(t)＝IFFT(s2ij(ω))；
其中，sij(ω),s2ij(ω)分别表示校准前和校准后的回波数据，sij(t),s2ij(t)分别表示校准前和校准后的一维距离像，i＝H,V；j＝H,V。
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