JP2017003553A - 合成開口レーダーのための階段状チャープ信号の位相較正 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】RCPは、周期的な位相誤り(「PPE」)キャリブレータと、PPEキャリブレータと信号通信する第1の非周期的な位相誤り(「NPPE」)キャリブレータと、第1のNPPEキャリブレータと信号通信する第2のNPPEキャリブレータとを含む。
【選択図】図1A
Description
本発明は、米国政府(「USG」)のサポートによってなされたものである。政府は、本発明におけるある特定の権利を有する。
(関連出願への相互参照)
ルジャンドル多項式は、間隔−1≦x≦1についての異なる次数の項の間のその直交特性のために信号を分解するために広く使用される。それは、以下のごとく再帰的に発生させられ得る。
階段状チャープ信号における位相誤りの推定のために考慮され得る2つのタイプの入力データが存在する。最初の1つは、アンテナ214とサーキュレータ212とをバイパスすることによる、内部で発生させられたループバック信号(すなわち、テスト信号266)である。内部で発生させられたループバック信号は、アンテナ214によって発射および受信されていない、非常に高い信号対雑音比(「SNR」)を有する高い忠実性の信号である。しかしながら、アンテナ214はバイパスされているので、それは、アンテナ214からの位相誤りおよび/または振幅誤りの寄与を含まない。RCP202は、測定されたループバック信号266から周期的および非周期的な位相誤りコンポーネントの別個の推定を生成するように構成され得る。
先に論じられているように、階段状チャープ信号の位相誤りは、それぞれがすでにPPEおよびNPPEとして表されている、周期的なコンポーネントと非周期的なコンポーネントとに分離され得る。PPEは、主にIF信号経路におけるハードウェアの特徴に起因する、すべての階段に共通の、繰り返し可能な位相誤りである。IF信号経路がミキシング後の信号経路である場合、ミキサ(図示せず)は、RF受信機210に設置されたRFミキサであるだろう。
PPE較正は、較正の第1のステージである。PPE較正処理において、PPEは、誤りモデルからの計算された共通の位相誤りが各々の階段のためのレンジ周波数ドメインにおいて補償される場合、複合信号からの形成画像の最小IQMをもたらす共通位相誤りモデルの係数を検索することによって推定される。位相誤りモデルの最適な係数の検索は、たとえば、BFGSの効率的な多次元最適化方法を利用して、達成され得る。
NPPE較正は、較正の第2および第3のステージである。NPPEの推定は、それらが画像に影響を及ぼす様が異なるがゆえに2つの別個のステージで推定される必要があるので、2つのステージに分割される。
NPPE−1較正は、各々の階段における画像のIQMに影響を及ぼす2次以上の誤りのためのNPPE処理の第1の部分である。0次および1次の位相誤りは、チャープ信号内の各々の階段における画像品質を劣化させないので、それらは、各々の階段における画像のIQMを最適化することにより推定されなくてもよい。そのようなものとして、それらは、次のステージ、すなわち、NPPE−2処理ステージにおいて取り扱われるであろう。
一定で線形的な位相誤りは各々の階段内の画像品質に影響を及ぼさないが、それらは複合信号における階段境界で位相不連続を引き起こすので、それらがレンジ圧縮の前に推定および訂正されない場合、画像品質が劣化させられる。一定で線形的な位相誤りは画像品質に影響を及ぼさないので、それらは、各々の階段におけるIQMの変化を観察することにより推定されないことができる。一定で線形的な位相誤りを推定するためのアプローチは、2つの連続する周波数階段の複合信号から形成された画像のIQMに基づく。一定で線形的な位相をペアリングの第2の階段に由来する複合信号の第2の半分に適用することは、変更された第2の半分に伴って複合信号から形成された画像の品質の変化をもたらす。原理的に、最良画像品質は、第2のセグメントの位相が、同一の位相スロープによって、2つの階段からのデータの境界での位相ジャンプなしに、第1のセグメントの位相とアラインメントさせられる場合に得られる。
これらの調節は、各々のアジマスビンのための位相ヒストリデータのレンジ周波数サンプルに適用される。
102 広大な土地
104 衛星
106 惑星体
108 飛行経路
110 一定の高度
112 ナディア
114 SARレーダー信号パルス
116 方向
118 SARアンテナ(実アンテナ)
120 SAR合成アンテナ
122 合成された長さ
124 領域
126 幅
128 幅
130 軌跡に沿った方向
132 軌跡を横断する方向
134 レンジ
136 帯
138 帯幅
142 第1の位置
144 進路
146 第2の位置
148 パルス
150 戻り信号
152 レンジ
154 アジマス
156 領域
160 別のパルス
162 追加の戻り信号
200 SAR
202 RCP
204 波形発生器
206 周波数供給源
208 送信機
210 無線周波数(「RF」)受信機
212 サーキュレータ
214 アンテナ
216 中間周波数(「IF」)処理部
218 アナログデジタル(「A/D」)モジュール
220 信号経路
222 信号経路
224 信号経路
226 信号経路
228 信号経路
230 信号経路
232 信号経路
234 信号経路
236 信号経路
238 アンテナ利得キャリブレータ
240 PPEキャリブレータ
242 第1のNPPEキャリブレータ
244 第2のNPPEキャリブレータ
246 信号経路
248 信号経路
250 信号経路
252 信号経路
254 階段状チャープ波形信号
256 変調された階段状チャープ信号
258 発射、送信
260 周波数参照信号
262 戻りの変調された階段状チャープ信号
264 IFの戻りの変調された階段状チャープ信号
266 テスト信号、IF信号データ
268 VPHデータ
270 位相訂正VPHデータ
272 PPE校正データ
274 NPPE−1校正データ
300 グラフ
302 送信される階段状チャープ波形
304 周波数(「fTx」)
306 時間(「t」)
308 瞬時帯域幅
310 チューナブル帯域幅
312 階段1
314 階段2
316 階段3
318 対応する周波数サブバンドΔf1
320 対応する周波数サブバンドΔf2
322 対応する周波数サブバンドΔf3
324 中心周波数fC1
326 中心周波数fC2
328 中心周波数fC3
330 不連続
332 不連続
334 階段境界
336 階段境界
338 階段境界
340 階段境界
342 広帯域幅ΔfWide
344 第1の周波数(「fstart」)
346 第2の周波数(「fend」)
400 RF受信機
402 RF増幅器
404 RFミキサ
406 バンドパスフィルタ
408 信号経路
410 信号経路
412 増幅させられた戻りの変調された階段状チャープ信号
414 より低い周波数バージョンおよびより高い周波数バージョン、ミックスされた信号、信号経路
500 フローチャート
502 開始
504 第1のサブメソッド(PPE校正処理)
506 第2のサブメソッド(NPPE−1校正処理)
508 第3のサブメソッド(NPPE−2校正処理)
510 終了
600 開始
602 ステップ
604 ステップ
606 ステップ
608 ステップ
610 ステップ
700 ステップ
702 ステップ
704 ステップ
706 判定ステップ
708 ステップ
800 機能流れ図
802 アジマス圧縮データ{sk,m}
804 乗算
806 PPEの共通の誤り訂正値(「CPPE」)
808 複合データsk={sk,mCPPE}
810 機能ブロック
812 機能ブロック
814 判定ブロック
816 機能ブロック
818 機能ブロック
820 最適化された係数値{ai}
900 ステップ
904 ステップ
906 判定ステップ
908 処理、ステップ
1000 ステップ
1002 ステップ
1004 ステップ
1006 判定ステップ
1008 ステップ
1102 アジマス圧縮データ{sk,m}
1104 乗算
1106 NPPE−1誤り訂正値
1108 複合データ
1110 機能ブロック
1112 機能ブロック
1114 判定ブロック
1116 機能ブロック
1118 機能ブロック
1120 最適化された係数値{ai,m}
1200 ステップ
1202 ステップ
1204 ステップ
1206 判定ステップ
1208 ステップ
1300 ステップ
1302 ステップ
1304 ステップ
1306 ステップ
1308 判定ステップ
1310 ステップ
1402 アジマス圧縮データsk,m+1
1404 乗算
1406 NPPE−2誤り訂正値
1408 複合データsk、複合信号、2つの階段の複合機能ブロック
1410 機能ブロック
1412 機能ブロック
1414 判定ブロック
1416 機能ブロック
1418 機能ブロック
1420 最適化された係数値
1500 グラフ
1502 位相
1504 レンジ空間周波数
1506 階段1
1508 階段2
1510 階段3
1512 階段M
1514 第1の階段のペア
1516 第2の階段のペア
1518 第3の階段のペア
1520 グループ
1522 グループ
1600 グラフ
1602 階段
1604 位相
1606 レンジ周波数サンプル
1700 グラフ
1702 位相
1704 レンジ周波数サンプル
1706 グラフ
1708 グラフ
1710 グラフ、残余線形位相
1800 グラフ
1802 グラフ
1804 位相
1806 周波数サンプルにおけるレンジ
1900 グラフ
1902 デシベル
1904 周波数サンプルにおけるレンジ
Claims (17)
- 合成開口レーダー(「SAR」)によって利用される階段状チャープ信号の位相を較正するための方法であって、
第1の非周期的な位相誤り(「NPPE」)を推定するステップと、
前記第1のNPPE(「NPPE−1」)が推定された後に第2のNPPE較正のために推定するステップと
を備える方法。 - 周期的な位相誤り(「PPE」)を推定するステップをさらに含み、前記PPEは、前記第1のNPPEを推定する前に推定される、請求項1に記載の方法。
- 前記PPEを推定するステップは、前記SARからビデオ位相ヒストリ(「VPH」)データを受信するステップと、
前記VPHデータを受信するステップに応答して前記VPHデータからPPE較正データを生成するステップとを含み、
前記VPHデータは、階段状チャープ波形内の複数の階段とレンジ周波数とを含む、請求項2に記載の方法。 - 前記PPEを推定するステップは、アジマス圧縮入力データを生成するために前記VPHデータにアジマス圧縮を行うステップと、
前記アジマス圧縮入力データを連結データへと連結するステップと、
前記アジマス圧縮入力データの最適化のための機能記述を定義するステップと、
前記機能記述に基づいて誤りモデルを確立するステップと、
前記誤りモデルのための最小画像品質メトリック(「IQM」)を決定するために1つ以上のルジャンドル多項式の最適な係数を検索するステップと、
前記誤りモデルの前記最適な係数を使用して推定PPEを決定するステップと、
前記推定PPEを前記アジマス圧縮入力データに適用するステップと
をさらに含む、請求項3に記載の方法。 - 最適化のための機能記述を定義するステップは、
(a)前記階段状チャープ波形の前記複数の階段のうちの階段における複数のサンプルと等しい長さを有するルジャンドル多項式を使用して位相計算のための1次から始まるOppe次のPPE位相誤りのための数式を決定するステップであって、前記複数のサンプルは最初のサンプルと最後のサンプルとを含む、決定するステップと、
(b)前記レンジ周波数におけるすべての前記階段の前記アジマス圧縮データに前記PPE位相誤りのための位相訂正を適用するステップと、
(c)前記レンジ周波数における前記連結データにウィンドウ重みを適用するステップと、
(d)レンジ圧縮のために前記連結データに高速フーリエ変換(「FFT」)を適用するステップと、
(e)処理された二次元画像を生成するために前記最初のサンプルから前記最後のサンプルに前記ステップ(b)から前記ステップ(d)を繰り返すステップと、
(f)前記処理された二次元画像から前記IQMを決定するステップと
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記NPPE−1位相誤りを推定するステップは、M個の周波数階段を有する前記PPE較正データを受信するステップと、
前記PPE較正データを受信するステップに応答してタイプ1のNPPEのために較正されたNPPE−1較正データを生成するステップと
を含む、請求項3に記載の方法。 - 前記NPPE−1位相誤りを推定するステップはさらに、
(a)最適化のための機能記述を定義し、NPPE−1位相誤りのための誤りモデルを確立するステップと、
(b)Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(「BFGS」)アルゴリズムを利用して前記NPPE−1位相誤りのための前記誤りモデルにおける最小IQMを決定するためにルジャンドル多項式の最適な係数を検索するステップと、
(c)NPPE−1位相誤りのための前記誤りモデルの前記最適な係数を使用して推定NPPE−1位相誤りを決定するステップと、
(d)前記アジマス圧縮入力データに前記推定NPPEを適用するステップであって、前記NPPE−1位相誤りは、2次からOnppe次のために補償される、適用するステップと、
(e)すべてのM個の周波数階段が処理されるまで前記ステップ(a)から前記ステップ(d)を繰り返すステップと
を含む、請求項6に記載の方法。 - 最適化のための機能記述を定義するステップは、(a)前記階段状チャープ波形の前記複数の階段のうちの階段における複数のサンプルと等しい前記長さを有するルジャンドル多項式を使用して位相計算のための2次から始まるOppe次の前記NPPE−1位相誤りの数式を決定するステップであって、前記複数のサンプルは最初のサンプルと最後のサンプルとを含む、決定するステップと、(b)前記レンジ周波数における階段の前記アジマス圧縮データに前記位相訂正を適用するステップと、(c)前記周波数レンジにおける前記連結データにウィンドウ重みを適用するステップと、(d)レンジ圧縮のために前記連結データに高速フーリエ変換(「FFT」)を適用するステップと、(e)処理された二次元画像を生成するために前記最初のサンプルから前記最後のサンプルに前記ステップ(b)から前記ステップ(d)を繰り返すステップと、(f)前記処理された二次元画像から前記IQMを決定するステップとを含む、請求項7に記載の方法。
- NPPE−2位相誤りを推定するステップは、前記NPPE−1較正データを受信するステップと、前記NPPE−1較正データを受信するステップに応答してタイプ2のNPPEのために較正されたNPPE−2較正データを生成するステップとを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記NPPE−2位相誤りを推定するステップはさらに、(a)最適化のための機能記述を定義し、NPPE−2位相誤りのための誤りモデルを確立するステップと、(b)Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(「BFGS」)アルゴリズムを利用して前記NPPE−2位相誤りのための前記誤りモデルにおける最小IQMを決定するために0次および1次のルジャンドル多項式の最適な係数を検索するステップと、(c)前記NPPE−2位相誤りのための前記誤りモデルの前記最適な係数を使用して0次および1次の推定NPPE位相誤りを決定するステップと、(d)すべてのM個の周波数階段が処理されるまで前記ステップ(a)から前記ステップ(c)を繰り返すステップとを含む、請求項9に記載の方法。
- 最適化のための機能記述を定義するステップは、
(a)前記M個の周波数階段の第1および第2の周波数階段から2つのデータセグメントを得るステップと、
(b)前記第2の階段における複数のレンジ周波数サンプルに等しい長さを有する0次および1次のルジャンドル多項式を使用して位相訂正のための前記NPPE−2位相誤りの数式を決定するステップと、
(c)前記第2の階段の前記アジマス圧縮データの前記レンジ周波数における前記位相訂正を適用するステップと、
(d)前記第2の階段の位相調節データを使用して前記第1および第2の階段の連結データにウィンドウ重みを適用するステップと、
(e)レンジ圧縮のために前記連結データに高速フーリエ変換(「FFT」)を適用するステップと、
(f)処理された二次元画像を生成するために前記最初のサンプルから前記最後のサンプルに前記ステップ(b)から前記ステップ(e)を繰り返すステップと、
(g)前記処理された二次元画像から前記IQMを決定するステップと
を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記第1の階段にそれらをアラインメントさせるために、すべての前記M個の階段の一定で線形的な位相を調節するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
- 前記PPE位相誤りを推定する前にアンテナ利得を較正するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 合成開口レーダー(「SAR」)によって利用される階段状チャープ信号の位相を較正するためのレーダー較正プロセッサ(「RCP」)であって、
周期的な位相誤り(「PPE」)を推定するための手段と、
前記PPEを推定した後に第1の非周期的な位相誤り(「NPPE」)を推定するための手段と、
前記第1のNPPEを推定した後に第2のNPPEを推定するための手段と
を備え、前記第1のNPPEを推定するための手段は、前記PPEを推定するための手段と前記第2のNPPEを推定するための手段との両方と信号通信する、レーダー較正プロセッサ(「RCP」)。 - 合成開口レーダー(「SAR」)によって利用される階段状チャープ信号の位相を較正するためのレーダー較正プロセッサ(「RCP」)であって、
第1の非周期的な位相誤り(「NPPE」)キャリブレータと、
第2のNPPEキャリブレータと
を備え、前記第1のNPPEキャリブレータは、前記第2のNPPEキャリブレータと信号通信する、レーダー較正プロセッサ(「RCP」)。 - 周期的な位相誤り(「PPE」)キャリブレータをさらに含み、前記PPEキャリブレータは、前記第1のNPPEキャリブレータと信号通信する、請求項15に記載のRCP。
- 前記PPEキャリブレータは、前記SARからビデオ位相ヒストリ(「VPH」)データを受信するように構成され、それに応答して前記VPHデータからPPE較正データを生成し、
前記VPHデータは、階段状チャープ波形内の複数の階段とレンジ周波数とを含む、請求項16に記載のRCP。
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