一種sar射頻干擾抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種SAR射頻干擾抑制方法。技術(shù)方案是：以SAR數(shù)據(jù)的一條距離線回波信號為輸入，根據(jù)回波信號構(gòu)建相空間矩陣，利用子空間投影方法得到參考信號的相空間矩陣；采用對角平均化方法，從參考信號相空間矩陣中恢復(fù)出一維的參考信號；根據(jù)參考信號，確定干擾信號的判別門限；根據(jù)確定的干擾判別門限，確定回波中存在的干擾頻點(diǎn)，并用參考信號的幅度均值作為替換，完成該條距離線的射頻干擾抑制。本發(fā)明可以有效提升干擾抑制后的SAR圖像質(zhì)量。
【專利說明】
一種SAR射頻干擾抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天和微波遙感的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)）數(shù)據(jù)中RFI(Radio Frequency Interference，射頻干擾） 抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá)）通過主動發(fā)射電磁波來獲取目 標(biāo)信息，是一種全天候、全天時的高分辨率成像系統(tǒng)，在目標(biāo)偵察和地球遙感應(yīng)用中具有巨 大的潛力。然而，SAR(尤其是低波段SAR)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中容易受到RFI的影響，進(jìn)而降 低圖像質(zhì)量，影響圖像識別和應(yīng)用。
[0003] SAR系統(tǒng)由于其良好的穿透特性，在隱蔽目標(biāo)偵察以及森林植被測繪方面有著獨(dú) 特的優(yōu)勢，但其工作頻段內(nèi)存在大量的廣播、電視信號以及地面警戒雷達(dá)發(fā)射的信號。這些 干擾信號會導(dǎo)致SAR圖像性能嚴(yán)重惡化。
[0004] 陷波法和子空間投影法是當(dāng)前廣泛使用的RFI抑制方法，但傳統(tǒng)的陷波法容易造 成有用信息的損失，而子空間投影法的局限性在于過分依賴于子空間的正交性，當(dāng)干擾信 號功率較大時，會造成子空間誤判，在圖像中未受干擾區(qū)域引入虛警。針對這一現(xiàn)狀，提出 了一種基于聯(lián)合濾波的RFI抑制方法，該方法綜合了陷波法和子空間投影法的優(yōu)點(diǎn)，在保證 干擾抑制效果的前提下最大限度地保留了有用信號，且性能穩(wěn)健。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是:提出了一種基于聯(lián)合濾波的RFI抑制方法，該方法是一種非參數(shù) 方法，充分結(jié)合了子空間投影法和陷波法在干擾抑制方面的優(yōu)點(diǎn)，具有更好的干擾抑制效 果，且性能穩(wěn)健。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案的思路是：首先構(gòu)建回波的相空間矩陣，利用子空間投影法將回 波的相空間矩陣投影到目標(biāo)信號子空間，獲得參考信號，并依據(jù)該參考信號，確定干擾信號 的判別門限，然后，進(jìn)行干擾檢測、陷波和賦值處理，即可將干擾信號抑制掉。
[0007] 本發(fā)明技術(shù)方案是：
[0008] 假設(shè)X(n)，l彡η彡Nr表示某一慢時亥ijSAR接收的回波信號，其中Nr表示距離向采樣 點(diǎn)數(shù)。
[0009] 第一步:提取參考信號
[0010] (1)將雷達(dá)接收的回波信號x(n)按照時延嵌套構(gòu)造成相空間矩陣S。
[0011]
[0012]式中，L的大小取決于射頻干擾的個數(shù)，且MiNr+l-Ll過小則特征分解不充分，L 過大則計算量過大，并且成像質(zhì)量也不一定得到提升，通常根據(jù)實(shí)際情況確定。本發(fā)明的具 體實(shí)施例中L取32。令協(xié)方差矩陣R = SSh。
[0013] (2)對協(xié)方差矩陣R進(jìn)行特征值分解
[0014] R = UAUh
[0015] 其中 Λ =diag[A1，A2，."，AL]，A1>A 2多…彡是一個LXL的對角矩陣，Ai，l彡i$L 為特征值，對應(yīng)的特征矢量為U= [U1，U2，…，UL]。
[0016]將前1^個特征值所對應(yīng)的特征矢量提取出，組成參考子空間1^=[111，112，"_，1110，根 據(jù)實(shí)際情況確定，或根據(jù)文獻(xiàn)"鄭慧芳，楊淋，馮錦.SAR窄帶干擾抑制的子帶子空間濾波技 術(shù)研究[J].電子與信息學(xué)報，2013，35( 12): 2836-2842"。以S = S-UtUfS表示參考信號相空 間矩陣。
[0017] (3)采用對角平均化方法從參考信號相空間矩陣Sk中恢復(fù)出1維參考信號序列x k (n)，l<n<Nr。該過程可以看作是嵌套的逆過程，只需要計算Sk的每條與逆對角線平行的副 逆對角線的均值，該N r個均值就構(gòu)成了 lXNr維參考信號Xk(n)，l<n<Nr。其公式為
[0018]
[0019]第二步，對回波信號進(jìn)行濾波
[0020] 將回波信號X(n)和參考信號a(n)分別進(jìn)行FFT變換到頻域
[0021] X=[X(l)，X(2)，."，X(Nr)]
[0022] Xk=[Xk(l),Xk(2),---,Xk(Nr)]
[0023] 利用下式計算判別門限γ :
[0024]
[0025]
[0026]
[0027] 利用下式對回波信號進(jìn)行濾波，得到射頻干擾抑制后的回波信號
[0028]
[0029] 針對SAR的每個慢時刻的回波信號重復(fù)上述操作，即可達(dá)到抑制干擾的目的。
[0030] 采用本發(fā)明可取得以下技術(shù)效果：
[0031] 本發(fā)明提出的基于聯(lián)合濾波的SAR射頻干擾抑制方法，利用獲得的參考信號確定 干擾判別門限，并通過濾波去除干擾，根據(jù)參考信號對回波信號重新賦值。相比現(xiàn)有的方 法，本方法在確定參考信號時利用子空間投影法可以更好地去除干擾的影響，得到更優(yōu)的 干擾判別門限，從而更準(zhǔn)確地找到干擾的位置。根據(jù)參考信號對回波信號重新賦值時，對干 擾頻點(diǎn)的賦值更準(zhǔn)確，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更好的干擾抑制效果，并且性能穩(wěn)健。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明提供的星載SAR射頻干擾抑制方法的原理流程圖；
[0033]圖2是仿真實(shí)驗(yàn)中使用的點(diǎn)目標(biāo)的成像結(jié)果；
[0034]圖3是對圖2添加射頻干擾后點(diǎn)目標(biāo)的成像結(jié)果；
[0035] 圖4為采用陷波法對圖3進(jìn)行干擾抑制后成像結(jié)果；
[0036] 圖5為采用子空間投影法對圖3進(jìn)行干擾抑制后成像結(jié)果；
[0037] 圖6為采用本文發(fā)明提供的方法對圖3進(jìn)行干擾抑制后成像結(jié)果；
[0038]圖7是仿真實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)測數(shù)據(jù)的成像結(jié)果；
[0039]圖8是對圖7添加射頻干擾后數(shù)據(jù)的成像結(jié)果；
[0040] 圖9是利用陷波法對圖8進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果；
[0041] 圖10是利用子空間投影法對圖8進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果；
[0042] 圖11是利用本發(fā)明提供的方法對圖8進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1為本發(fā)明提供的星載SAR射頻干擾抑制方法的原理流程圖。整個流程包括：以 SAR數(shù)據(jù)的一條距離線回波信號為輸入，根據(jù)回波信號構(gòu)建相空間矩陣，利用子空間投影方 法得到參考信號的相空間矩陣;采用對角平均化方法，從參考信號相空間矩陣中恢復(fù)出一 維的參考信號;根據(jù)參考信號，確定干擾信號的判別門限;根據(jù)確定的干擾判別門限，確定 回波中存在的干擾頻點(diǎn)，并用參考信號的幅度均值作為替換，完成該條距離線的射頻干擾 抑制。
[0044] 圖2~圖6是進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真了單個點(diǎn)目標(biāo)回波，在此回波中添加 了帶寬為0.5MHz，1.0MHz和1.5MHz的射頻干擾信號，干信比為20dB。圖2為原始點(diǎn)目標(biāo)回波 成像結(jié)果，從圖像中可以看出，點(diǎn)目標(biāo)聚焦效果良好。圖3是在圖2中添加射頻干擾后回波的 成像結(jié)果，可以看到點(diǎn)目標(biāo)已經(jīng)被干擾信號湮沒。圖4是采用陷波法對圖3進(jìn)行干擾抑制后 的成像結(jié)果，從圖像中可以看出，干擾聚焦良好，但仍有較多的干擾殘留。圖5是采用子空間 投影法對圖3進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果，點(diǎn)目標(biāo)不僅不能良好聚焦，圖像還殘留較多的干 擾。圖6是采用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果，可以看到，點(diǎn)目標(biāo)聚焦良好， 且干擾殘留較少。
[0045] 圖7~圖11是進(jìn)行面目標(biāo)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。仿真實(shí)驗(yàn)選取了 一幅無干擾的 RadarSat-Ι回波實(shí)測數(shù)據(jù)，在此數(shù)據(jù)中添加了帶寬為0.5MHz，1.0MHz和1.5MHz的射頻干擾 信號，干信比為20dB。
[0046] 圖7是仿真實(shí)驗(yàn)中使用的原始數(shù)據(jù)的成像結(jié)果。從圖中可以看出，圖像清晰，對比 度高。圖8是對圖7添加射頻干擾后數(shù)據(jù)的成像結(jié)果。從圖中可以看出，由于干擾的存在，圖 像目標(biāo)信息被覆蓋，圖像對比度下降。圖9和圖10分別是利用陷波法和子空間投影法對圖8 進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果，干擾抑制后，圖像質(zhì)量得到提升，不過仍有較多干擾殘留，細(xì) 節(jié)信息不明顯。圖11是利用本發(fā)明提供的方法對圖8進(jìn)行干擾抑制后的成像結(jié)果，干擾抑制 后，圖像質(zhì)量明顯提升，細(xì)節(jié)信息恢復(fù)較為明顯，圖像對比度有明顯提高。
[0047]以上仿真實(shí)驗(yàn)說明了本發(fā)明方法可以有效地彌補(bǔ)現(xiàn)有方法在干擾抑制方面的不 足，有效提升干擾抑制后的SAR圖像質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種SAR射頻干擾抑制方法，SAR是指合成孔徑雷達(dá)，假設(shè)X(η)，1《n《Nr，表示某一慢 時刻SAR接收的回波信號，其中Nr表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，其特征在于，包括下述步驟： 第一步:提取參考信號： 將雷達(dá)接收的回波信號x(n)按照時延嵌套構(gòu)造成相空間矩陣S:上式中M=Nr+l-L，L根據(jù)實(shí)際情況確定； 令協(xié)方差矩陣R= SSH，對協(xié)方差矩陣R進(jìn)行特征值分解： R=U 八 IJH 其中Λ=diag[λl，λ2，…，λL]是一個LXL的對角矩陣，對應(yīng)的特征矢量矩陣為U=[山， U2，…，UL]，并且λ冷λ2>…，λ功特征值，i = 1，2，…レ上標(biāo)Η表示求矩陣的共輛轉(zhuǎn)置； 將前k個特征值所對應(yīng)的特征矢量提取出，組成參考子空間化=[111，112，-，，1^]^的取值 根據(jù)實(shí)際情況確定； 令參考信號相空間矩陣=S-U；UfS，采用對角平均化方法從參考信號相空間矩陣Sk 中恢復(fù)出1維參考信號序列xk(n); 第二步，對回波信號進(jìn)行濾波 將回波信號x(n)和參考信號xk(n)分別進(jìn)行快速傅里葉變換得到X和Xk: Χ=[Χ(1),Χ(2),···,Χ(Νγ)] Xk=[Xk(l),Xk(2),---,Xk(Nr)] 利用下式計算判別口限丫：利用下式對回波信號進(jìn)行濾波，得到射頻干擾抑制后的回波信號^的)；針對SAR的每個慢時刻回波信號重復(fù)上述兩個步驟。
【文檔編號】G01S7/36GK105974376SQ201610298996
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】張永勝, 吳鵬, 張啟雷, 董臻, 黃海風(fēng), 余安喜, 何峰, 孫造宇, 金光虎, 何志華, 杜湘瑜
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)