CN117518108A - 一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，包括以下步骤：S1、双站雷达载波频率信号互传链路建立；S2、双站雷达工作期间载波频率信号不间断互传；S3、双站雷达各自对对方雷达载波频率信号与自身载波频率的频率偏差引起的相位差的提取；S4、双站雷达各自载波频率偏差引起的相位差信息通过处理获得频率偏差；S5、双站雷达载波频率偏差测量结果在辅雷达的补偿。本发明通过空间链路互传载波频率信号，精确获取主雷达与辅雷达载波频率偏差信息数据，通过互传数据可对消空间传输引起的相位和时延影响，具有实现机理清晰、实现简便、测量精度高的特点，具有很好的应用价值和推广意义。
Description
技术领域
本发明涉及微波成像雷达技术领域，尤其涉及一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法。
背景技术
对于机载双站合成孔径雷达（Bi-SAR）来说，发射雷达与接收雷达分置于不用的平台，如图1所示。一个平台上的雷达只发射探测信号，另一个平台上的雷达只接收对方发射的探测信号的地面反射回波，由于两套雷达的基准源不同，这种雷达一般称为双站雷达或双基地雷达。还有多站雷达，就是一个雷达进行发射，多个雷达接收。
双站SAR由于基准源不同而引起载波频率存在一定的频率偏差，对于高分辨率成像的雷达来说，双站SAR雷达的载波频率偏差可能会影响接收信号的高精度成像效果，因此需要获取一次工作期间发射信号的雷达和接收信号的雷达间载波信号频率偏差信息，以便对双站雷达的回波进行补偿。
如图2所示，对于双站干涉合成孔径雷达（Bi-InSAR）系统来说，主雷达自己发射信号并接收自身信号的地面回波，经过下变频、AD采样后获得主雷达地面观测数据，并经成像处理后得到主雷达雷达图像；辅雷达自己不发射信号只接收主雷达雷达发射的探测信号的地面反射回波，并用自己的载频进行下变频，并经AD采样后获得辅雷达地面观测数据，成像前需要对主辅星载波频率偏差引起的额外相位偏差进行补偿，否则不能进行高精度成像，以及无法准确获得代表地面高度起伏的干涉相位信息，因而也就不能获得地面高精度的数字高度地形图。
现有技术中关于频率源频率偏差测量方法相关技术主要是集中于在地面实验室对频率源进行的测量分析，这与双站雷达在空中飞行过程中，没有有线连接状态下，实时测量双站雷达载波频率偏差的要求显著不同，且不能适用于双站雷达工作过程中的测量。因此，需要研究和提出一种解决机载双站雷达间频率偏差的实时测量方法和补偿方法。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法。
本发明的具体内容如下：一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，包括以下步骤：
S1、双站雷达载波频率信号互传链路建立；
S2、双站雷达工作期间载波频率信号不间断互传；
S3、双站雷达各自对对方雷达载波频率信号与自身载波频率的频率偏差引起的相位差的提取；
S4、双站雷达各自载波频率偏差引起的相位差信息通过处理获得频率偏差；
S5、双站雷达载波频率偏差测量结果在辅雷达的补偿。
进一步的，步骤S1中，通过为双站雷达增加独立的信号发射与接收链路，实现载波频率信号互传链路；增加独立的信号发射与接收链路的步骤包括：
为主雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；为辅雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；主辅雷达本振信号的发射接收共用1套天线，采用环形器实现发射与接收双工工作。
进一步的，步骤S2包括：主雷达周期性向辅雷达发射自己的本振信号，辅雷达周期性接收并记录，记为data()辅；辅雷达周期性向主雷达发射自己的本振信号，主雷法周期性接收并记录，记为data()主。
进一步的，步骤S3包括：
S31：主雷达对接收到的每组载波频率信号j，固定利用其第i点的复数据data(i, j)主，计算其相位差值；
其中，j=1,2,...,n ，n为一次工作期间互传总次数，互传次数至少比回波发射接收次数多1次，且自第1个回波发射前开始，最后一个回波发射后结束；i=1,2,…,m，m为每组采样点数；angle()为计算复数相位运算，unwrap()为相位序列解2pi模糊运算;
S32：辅雷达对接收到的每组载波频率信号j，固定利用第i点的复数据data(i,j ) 辅 ，计算其相位差值
。
进一步的，步骤S4包括：
S41：根据两雷达计算得到的载波频率偏差引起的相位差信息和/>，计算辅雷达与主雷达载波相位差的差值
；
S42：利用相邻相位差间时间序列t(j)计算得到与互传对应时刻的频率偏差信息
，其中k=1,2,…,j-1，Δt (j)=j/F s ，F s 为载波频率信号的AD采样频率，diff()为计算差分运算。
进一步的，步骤S5包括：主辅频率偏差影响的补偿在辅雷达回波中实施，通过对辅雷达回波进行相位补偿实现。
本发明通过空间链路互传载波频率信号，精确获取主雷达与辅雷达载波频率偏差信息数据，通过互传数据可对消空间传输引起的相位和时延影响，避免了单向传输对双站雷达间超高精确的相对位置信息的需求（要求过高且难以实现），具有实现机理清晰、实现简便、测量精度高的特点，具有很好的应用价值和推广意义。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为机载双站合成孔径雷达工作示意图；
图2为机载双站干涉合成孔径雷达工作示意图；
图3为双站雷达载波频率偏差测量和补偿处理工作流程图；
图4为双站雷达载波频率信号互传链路建立示意图；
图5为双站雷达载波频率差补偿结果示意图。
实施方式
结合图3-图5，本发明提供了一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法。
如图3所示，本发明的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法主要包括以下步骤：S1、双站雷达载波频率信号互传链路建立；S2、双站雷达工作期间载波频率信号不间断互传；S3、双站雷达各自对对方雷达载波频率信号与自身载波频率的频率偏差引起的相位差的提取；S4、双站雷达各自载波频率偏差引起的相位差信息通过处理获得频率偏差；S5、双站雷达载波频率偏差测量结果在辅雷达的补偿。
如图4所示，在步骤S1中，通过为双站雷达增加独立的信号发射与接收链路，实现载波频率信号互传链路，增加独立的信号发射与接收链路的具体步骤包括：
为主雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；
为辅雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；
主辅雷达本振信号的发射接收共用1套天线（天线可以是全向也可以是一定波束宽度的定向天线），采用环形器实现发射与接收双工工作。如此即完成了双站雷达独立信号发射与接收链路的建立，可实现信号互传的功能。
步骤S2具体包括：主雷达周期性向辅雷达发射自己的本振信号，辅雷达周期性接收并记录，记为data()辅；反过来，辅雷达周期性向主雷达发射自己的本振信号，主雷法周期性接收并记录，记为data()主。
步骤S3具体包括：S31：主雷达对接收到的每组载波频率信号j（j=1,2,...,n ，n为一次工作期间互传总次数，互传次数至少比回波发射接收次数多1次，且自第1个回波发射前开始，最后一个回波发射后结束），固定利用其第i点（i=1,2,…,m，m为每组采样点数）的复数据data(i,j)主，计算主雷达接收信号的相位差值：
；其中，angle()为计算复数相位运算，unwrap()为相位序列解2pi模糊运算。
S32：辅雷达对接收到的每组载波频率信号j，固定利用第i点的复数据data(i,j) 辅 计算辅雷达接收信号的相位差值：
。
对于双站雷达机上实时处理的系统来说，需要在雷达间建立通信链路，将主雷达时标和相位差数据传送给辅雷达。
步骤S4具体包括：S41：根据两雷达计算得到的载波频率偏差引起的相位差信息和/>，计算辅雷达与主雷达载波相位差的差值：/>；
S42：利用相邻相位差间时间序列t(j)计算得到与互传对应时刻的频率偏差信息：
，其中k=1,2,…,j-1，Δt (j)=j/F s ，F s 为载波频率信号的AD采样频率，diff()为计算差分运算。
步骤S5具体包括：主辅频率偏差影响的补偿在辅雷达回波中实施，通过对辅雷达回波进行相位补偿实现，即可完成对双站雷达载波频率偏差信息的测量以及补偿。如图5所示为补偿结果，通过相位差和相位差拟合曲线可以看出，取得良好的补偿效果。
以上为实时处理系统的处理流程，在实际应用中，对于非实时处理的系统来说，两套雷达各自记录时标和互传信号数据，在地面进行提取和后续处理。
本发明通过专门建立的两套雷达间的无线空间信号传输链路，互传高质量的载波频率信号；两套雷达各自接收和记录对方雷达发射的载波频率信号，用自己的本振进行下变频后，获取自己载波信号与对方载波信号之间的相位差信息；对于实时处理方式，主雷达将自己的相位差信息加上时间标志通过双机间通信链路传输至辅雷达；最后在辅雷达中通过处理两雷达相位差的差，即可据此提取出由双雷达载波的频率偏差信息。对于事后处理方式，也可由两套雷达飞行过程中将各自获得的相位差数据记录下来，在地面进行协同处理获得两套雷达载波频率偏差信息。为了获得更稳定可靠的载波频率偏差信息，还对求出的频率偏差数据进行平均处理，以获得更加可靠的结果。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、双站雷达载波频率信号互传链路建立；
S2、双站雷达工作期间载波频率信号不间断互传；
S3、双站雷达各自对对方雷达载波频率信号与自身载波频率的频率偏差引起的相位差的提取；
S4、双站雷达各自载波频率偏差引起的相位差信息通过处理获得频率偏差；
S5、双站雷达载波频率偏差测量结果在辅雷达的补偿。
2.根据权利要求1所述的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：步骤S1中，通过为双站雷达增加独立的信号发射与接收链路，实现载波频率信号互传链路；增加独立的信号发射与接收链路的步骤包括：
为主雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；为辅雷达增加独立的本振信号发射与接收链路，并为其增加接收信号的控制和数据记录功能；主辅雷达本振信号的发射接收共用1套天线，采用环形器实现发射与接收双工工作。
3.根据权利要求1所述的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：步骤S2包括：主雷达周期性向辅雷达发射自己的本振信号，辅雷达周期性接收并记录，记为data()辅；辅雷达周期性向主雷达发射自己的本振信号，主雷法周期性接收并记录，记为data()主。
4.根据权利要求1所述的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：步骤S3包括：
S31：主雷达对接收到的每组载波频率信号j，固定利用其第i点的复数据data(i,j)主，计算其相位差值；
其中，j=1,2,...,n ，n为一次工作期间互传总次数，互传次数至少比回波发射接收次数多1次，且自第1个回波发射前开始，最后一个回波发射后结束；i=1,2,…,m，m为每组采样点数；angle()为计算复数相位运算，unwrap()为相位序列解2pi模糊运算;
S32：辅雷达对接收到的每组载波频率信号j，固定利用第i点的复数据data(i,j) 辅 ，计算其相位差值。
5.根据权利要求1所述的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：步骤S4包括：
S41：根据两雷达计算得到的载波频率偏差引起的相位差信息和/>，计算辅雷达与主雷达载波相位差的差值
；
S42：利用相邻相位差间时间序列t(j)计算得到与互传对应时刻的频率偏差信息
，其中k=1,2,…,j-1，Δt(j)=j/ F s ，F s 为载波频率信号的AD采样频率，diff()为计算差分运算。
6.根据权利要求1所述的机载双站雷达间载波频率差高精度测量与补偿方法，其特征在于：步骤S5包括：主辅频率偏差影响的补偿在辅雷达回波中实施，通过对辅雷达回波进行相位补偿实现。
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