CN115856788A - 一种基于通道相消的俯仰向多通道sar干扰抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，包括：建立通道相消滤波器，使得俯仰向的各个通道数据分别与参考通道数据进行通道对消处理，以消除干扰信号并保留真实目标信号；进行距离压缩处理，将分散在距离向的目标回波的能量集中在相邻的距离门中；进行RC‑SCORE加权处理，使得干扰去除后的各通道信号进行相干叠加的同时，补偿了各通道信号因对消造成的信号能量的损失；将进行相干叠加后的单通道信号进行距离向逆压缩处理，恢复回波信号形式，之后进行聚焦成像处理，便可得到干扰抑制后的SAR图像。
Description
技术领域
本发明属于电子对抗领域，具体涉及一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法。
背景技术
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）具有全天时、全天候、全方位对地观测的能力，其在民用测绘中有着重要的应用。高分辨率和宽测绘带一直是SAR的重点发展目标。俯仰向多通道是SAR实现高分宽幅的重要体制之一。该系统通过发射宽波束来获取距离向的大幅宽，使用数字波束形成（Digital Beamforming，DBF）技术对各通道接收的回波信号进行加权合成，生成灵活的高增益窄波束，解决了传统单通道 SAR 在宽幅测绘时天线增益降低的问题，实现了SAR高分宽幅成像的目的。
场景中存在压制干扰机时，其发射的高功率的干扰信号将会遮盖场景回波信号，严重影响最终成像质量。因此需要对受污染的回波信号进行干扰抑制处理，以恢复成像场景信息。目前针对俯仰向多通道SAR的干扰抑制方法的研究较少，而针对方位向多通道SAR的干扰抑制方法较多，其中最为有效的方法便是通道对消法。该方法的原理是根据方位向各通道接收干扰信号相位的差异设计相位补偿因子，进而去除干扰信号并保留真实场景回波数据。本发明借鉴了方位向多通道SAR的对消法，发展了一种适用于俯仰向多通道SAR的干扰抑制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，通过设计通道相消滤波器，将各接收通道信号分别与参考通道信号进行对消处理，抑制干扰信号并保留真实场景回波信号。针对各通道回波信号的实时加权问题以及对消操作带来的距离向加权调制问题，本发明改进了现有的扫描接收技术（Scan-On-Receive，SCORE），使得各接收通道信号进行相干叠加的同时补偿了因对消操作给信号带来的加权调制；最后对叠加后的单通道信号进行聚焦成像处理，便可获得干扰抑制后的高分宽幅SAR图像。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，包括如下步骤：
步骤1、建立通道相消滤波器，将俯仰向多通道数据分别与参考通道数据进行对消处理，去除干扰信号；
步骤2、建立匹配滤波器，对去除干扰信号后的俯仰向多通道数据进行距离压缩处理，将分散在距离向的目标回波的能量集中在相邻的距离门中；
步骤3、进行带距离向补偿的扫描接收处理，消除各俯仰向通道数据的不一致性，同时补偿因对消处理给信号带来的加权调制，将各俯仰向通道数据进行相干叠加，合成单通道信号；
步骤4、对合成后的单通道信号进行距离向反压缩处理，恢复回波信号形式，而后利用成像算法进行聚焦成像处理，获得无干扰的SAR图像。
进一步地，所述步骤1包括：
根据干扰信号到达SAR各俯仰向通道的距离差形成的相位差设计相位补偿因子，建立通道相消滤波器；使得各俯仰向通道接收的回波数据分别与参考通道接收数据进行对消处理，消除干扰信号，除参考接收通道外，其余各接收通道均保留包含真实目标信息的回波数据。
进一步地，所述步骤4包括利用所述匹配滤波器的共轭对合成后的单通道信号进行距离向逆压缩处理。
有益效果：
本发明创新性的提出了一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR系统干扰抑制方法。通过设计俯仰向的对消滤波器，使得各接收通道信号分别与参考通道信号进行对消处理，去除了干扰信号并保留了除参考通道外的接收通道的真实回波信号。针对对消操作对各通道真实信号造成的能量损失，本发明在传统的SCORE技术的基础上进行改进。根据对消处理后信号的特点，调整各通道的实时加权系数，在消除俯仰向各通道接收数据不一致性的同时，补偿了因对消带来的距离向的加权调制。将信号进行相干叠加合成单通道数据后再进行成像处理，便可得到干扰抑制后的高信噪比的宽幅SAR图像。
附图说明
图1为本发明的基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法流程图；
图2为俯仰向多通道SAR工作模型示意图；
图3a，图3b，图3c为机载十六通道SAR数据添加干扰前后及使用本发明进行干扰抑制后的成像结果图；其中，图3a为无干扰图像，图3b为添加干扰后的成像结果，图3c为进行干扰抑制后的成像结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法包括如下步骤：
步骤101：建立通道相消滤波器，将俯仰向各接收通道数据分别与参考通道数据进行对消处理，去除干扰信号并保留真实目标回波信号。
俯仰向多通道SAR的信号接收模型如图2所示。由于干扰机到SAR天线各通道的斜距不同，从而导致相位产生差异，据此设计相位补偿因子，进而建立通道相消滤波器，使俯仰向各接收通道数据分别与参考通道数据进行对消处理，以消除干扰信号并保留真实目标回波数据。
建立通道相消滤波器矩阵为：
其中，
，表示第/>
通道的相位补偿因子，
，/>
为俯仰向接收通道数，/>
为信号载频，/>
表示雷达波的传输速度，/>
表示第/>
个接收通道与参考通道间的间距，以/>
为参考通道，则有：/>
，/>
表示子孔径高度。/>
表示干扰机的下视角，/>
为天线法线的下视角，又叫天线安装角，/>
的物理意义为法线偏移角。
使用通道相消滤波器对俯仰向各接收通道数据进行滤波处理，以去除干扰信号，得到：
其中，
表示原始俯仰向多通道接收数据，
为距离向快时间，/>
为方位向慢时间，/>
表示经过对消处理后多通道数据，且/>
为俯仰向第/>
通道与第/>
通道（参考通道）进行通道相消后的数据，此时干扰信号已被去除，余下信号中仅包含目标场景的真实回波数据。
步骤102：对
中的各通道数据进行距离压缩处理，将分散在每个距离频率的能量集中。
构建距离向频域匹配滤波器为：
其中，
为距离向频率轴，/>
为距离向的调频率。
沿距离向对信号
进行傅里叶变换得到/>
，使用距离向匹配滤波器
对/>
进行距离压缩处理，得：
将信号
进行傅里叶逆变换处理变换到时域，得到/>
。
步骤103：构建各通道的实时加权处理器，对传统SCORE技术进行改进，即进行RC-SCORE（Range Compensation SCORE，带距离向补偿的扫描接收技术）处理，使其能够同时补偿因通道相消操作给信号带来的加权调制。
构建实时加权处理器为：
其中：
且有：
其中，
为根据信号特点设置的门限，避免出现/>
接近于0而导致权值较大的情况，/>
表示SAR在/>
时刻接收到的目标回波方向所对应的下视角。
将
中的数据进行加权处理，使得各通道信号消除相位差异以及去除通道相消处理带来的距离向的调制，加权后得到：
此时便得到了进行相干叠加后的单通道信号
。
步骤104：对合成后的单通道信号
进行距离向逆压缩处理，恢复回波信号形式，而后便可利用成像算法对其进行聚焦成像处理，获得无干扰的SAR图像。
对信号
进行距离向傅里叶变换得到/>
，在频域进行距离逆压缩处理，得到：
其中，
表示共轭操作，将信号/>
进行距离向傅里叶逆变换处理变换到时域，得到/>
。随后对该信号进行聚焦成像处理，便可获得干扰抑制后的复数图像/>
。
实施例1
实施例选取机载俯仰向十六通道实测数据进行处理，该景图像于2019年采集，位于广东阳江。
图3a展示了无干扰情况的SAR图像，图3b为添加干信比为20dB干扰后的成像结果，由图可见，场景内真实目标完全被淹没在干扰信号中，图像信息完全损失掉。图3c展示了经过本发明算法进行干扰抑制后的结果，由此可见，干扰信号被有效抑制，真实目标得以显现，场景信息得到有效恢复。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立通道相消滤波器，将俯仰向多通道数据分别与参考通道数据进行对消处理，去除干扰信号；
步骤2、建立匹配滤波器，对去除干扰信号后的俯仰向多通道数据进行距离压缩处理，将分散在距离向的目标回波的能量集中在相邻的距离门中；
步骤3、进行带距离向补偿的扫描接收处理，消除各俯仰向通道数据的不一致性，同时补偿因对消处理给信号带来的加权调制，将各俯仰向通道数据进行相干叠加，合成单通道信号；
步骤4、对合成后的单通道信号进行距离向反压缩处理，恢复回波信号形式，而后利用成像算法进行聚焦成像处理，获得无干扰的SAR图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
根据干扰信号到达SAR各俯仰向通道的距离差形成的相位差设计相位补偿因子，建立通道相消滤波器；使得各俯仰向通道接收的回波数据分别与参考通道接收数据进行对消处理，消除干扰信号，除参考接收通道外，其余各接收通道均保留包含真实目标信息的回波数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于通道相消的俯仰向多通道SAR干扰抑制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
利用所述匹配滤波器的共轭对合成后的单通道信号进行距离向逆压缩处理。
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