CN108562880A - 一种反射面星载sar***内定标网络单元和内定标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SAR***内定标网络单元和与其相匹配的内定标方法，通过在SAR***内加入内定标网络单元，实现超宽带反射面星载SAR的内定标。本发明通过校正通道偏差，提高了SAR图像信噪比，达到提升SAR成像效果的目的。本发明通过使用内标定网络，能够实现全部发射通道和接收通道的幅相特性标定，首先通过发射点频脉冲信号先进行相位校准保证相位的一致性，再通过发射扫频脉冲信号通道幅相特性，保证了标定的准确性。

Description

一种反射面星载SAR***内定标网络单元和内定标方法
技术领域
本发明涉及一种超宽带星载SAR***内定标网络单元和其相应的内定标方法，属于空间微波遥感技术领域。
背景技术
为实现超高分辨率星载SAR***的高质量成像，需要对***收发通道的实际在轨特性进行精确定标。一方面是对温度变化及老化效应等因素造成的通道特性偏差进行校正，另一方面是通过定标信号的处理获取匹配模板，保证距离向压缩的成像效果。
超高分辨率星载SAR由于其超高分辨率的特性，它具有超宽带、多路发射及多路接收通道的特点。与此同时，超高分辨率星载SAR选用了反射面天线体制，它将采用集中式发射大功率脉冲信号的发射方式，因此在内定标网络中必须带有光纤延时模块来避免大功率泄漏对定标信号的影响。以上特点决定了超宽带反射面星载SAR的内定标方法与传统星载SAR存在较大差异，不能直接沿用传统星载SAR的内定标方法。如何实现超宽带反射面星载SAR的内定标，保证内定标精度是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种SAR***内定标网络单元和相应的内定标方法，保证超宽带反射面星载SAR内定标的全面性、准确性和便捷性。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种SAR***内定标网络单元，包括第一n选1开关、包括n个开关的开关组、第二n选1开关、射频单元及光纤延迟单元；
在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一n选1开关、开关组的n个开关之一传输到与n个开关之一对应的一路SAR载荷耦合器；n为SAR载荷的传输路数；
在发射定标模式下，开关组的n个开关之一导通接入由耦合器耦合出的脉冲信号，脉冲信号经第二n选1开关传输到射频单元调节功率后，发送给光纤延迟单元，延迟后返回到射频单元，由射频单元转发至接收机。
优选的，在参考定标通道幅相特性获取模式下，发射机发射的脉冲信号经射频单元调节功率后，发送给光纤延迟单元，延迟后返回到射频单元，由射频单元转发至接收机。
优选的，还包括第一开关、第二开关、第三开关以及负载；
在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关传输到第一n选1开关，第二开关和第三开关连接至负载；在发射定标模式下，开关组的n个开关之一导通由耦合器耦合出的接入脉冲信号，脉冲信号经第二n选1开关、第三开关、第二开关传输到射频单元，第一开关连接至负载；在参考通道幅相特性获取模式下发射机发射的脉冲信号经第一开关、第二开关后传输到射频单元，第三开关连接至负载。
优选的，还包括电源及监控单元，为射频单元和光纤延迟单元提供二次电源，并监控二者工作电压与电流。
提供一种利用所述的SAR***内定标网络单元进行SAR载荷相位标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将发射移相器和接收移相器设置设为非移相模式，发射机发射点频脉冲信号，脉冲信号的频点为SAR信号子带的最低频率，相位为令i＝1；
(2)脉冲信号经功分器，分成n路，第i路信号经第i个发射移相器(ti)到第i个行波管放大器(TWTAi)功率放大后，经第i个环形器传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到***内定标网络单元，在发射定标模式下，开关组的第i个开关导通接入脉冲信号，由射频单元将脉冲信号转发至接收机，获取接收机输出信号的相位为计算第i路发射通道相位
(3)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(4)；如果小于n则将i加1返回步骤(2)；
(4)***内定标网络单元工作在接收定标模式下，发射机发射的点频脉冲信号经第一开关(1)、第一n选1开关再经开关组的第i个开关，传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到第i个环形器，第i个环形器将信号传输到第i个限幅低噪放进行低噪声功率放大后，经第i个接收移相器(ri)、第i个隔离器隔离、再经合路器后输出到接收机，接收机进行接收处理，接收机输出信号的相位为φi_end，计算第i路接收通道相位
(5)判断i是否等于n，如果小于n则将i加1返回步骤(4)；如果等于n则判断发射机发射的点频脉冲信号的频点，如果为SAR信号子带最低频率，则发射机发射的点频脉冲信号频点设为SAR信号子带的中心频率，相位为令i＝1，返回步骤(2)；如果为SAR信号子带的中心频率，则发射机发射的点频脉冲信号频点设为SAR信号子带的最高频率，相位为令i＝1，返回步骤(2)；如果为SAR信号子带的最高频率则完成SAR载荷相位标定。
优选的，重复执行步骤(1)～(5)K次，获取K组接收通道相位及发射通道相位，计算K组接收通道相位及发射通道相位误差，并获取各接收通道和发射通道相位误差均值，根据相位误差均值调整对应的发射移相器与接收移相器，完成各接收通道和发射通道的相位校准。
优选的，对SAR***的每个子带都要执行相位标定。
提供一种基于所述的SAR***相位标定方法的幅相特性标定方法，完成各接收通道和发射通道的相位校准后进行幅相特性标定，具体包括以下步骤：
(1)将发射移相器和接收移相器按照权利要求6所述的***相位标定方法进行相位校准，发射机发射SAR实际成像工作的脉冲信号，该发射信号的相频特性为幅频特性为A(f)，其中f为频率变量；令i＝1；
(2)脉冲信号经第一2选1开关进入功分器，经功分器分成n路，第i路信号经第i个发射移相器(ti)到第i个行波管放大器(TWTAi)增加功率后，经第i个环形器传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到***内定标网络单元，在发射模式下，开关组的第i个开关导通接入脉冲信号，由射频单元将脉冲信号转发至接收机，获取接收机输出信号的相频特性为幅频特性为Ai_end(f)，计算第i路发射通道的幅相特性
(3)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(4)；如果小于n则将i加1返回步骤(2)；
(4)***内定标网络单元工作在参考通道幅相特性获取模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)进入到***内定标网络单元后，由射频单元将脉冲信号发出，通过第二2选1开关发送至接收机，获取接收机输出信号的相频特性为ψend(f)，幅频特性为ACend(f)，计算参考通道的幅相特性为
(5)***内定标网络单元工作在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)、第一n选1开关再经开关组的第i个开关，传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到第i个环形器，第i个环形器将信号传输到第i个限幅低噪放进行低噪声功率放大后，经第i个发射移相器(ri)、第i个隔离器隔离、再经合路器通过第二2选1开关后输出到接收机，接收机进行接收处理，接收机输出信号的相频特性为φi_end(f)，幅频特性为ARi_end(f)，计算第i路接收定标通道的幅相特性
(6)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(7)；如果小于n则将i加1返回步骤(5)；
(7)根据n路发射通道的幅相特性HiT、参考通道的幅相特性为Href和定标通道的幅相特性HiR，计算SAR***的距离匹配压缩函数。
优选的，步骤(7)之前还包括：重复执行步骤(1)～(6)K次，获取K组接收通道及发射通道幅相特性，并获取各接收通道和发射通道幅相特性均值作为最终的各接收通道及发射通道幅相特性值。
优选的，n的取值为4，计算SAR***总的传递函数Hsig的方法为：
(1)求解公式(1)～(9)组成的方程组，获取发射机的传递函数Htrans；第一2选1开关功分器方向的传递函数Hswitch11；第一2选1开关内定标网络方向的传递函数Hswitch12；功分器、发射移相器及行波管放大器(TWTAi)第i路的传递函数Hipower；第i路环形器发射方向传递函数Hicir1-2；第i路环形器接收方向传递函数Hicir2-3；第i路耦合器发射方向传递函数Hicoup1-2；第i路耦合器接收方向传递函数Hicoup2-1；第i路耦合器耦合方向传递函数Hicoup1-3；第i路耦合器逆耦合方向传递函数Hicoup3-1；限幅低噪放、发射移相器、隔离器和合路器第i路的传递函数HiLNA；第二2选1开关内标定网络至接收机方向的传递函数Hswitch22；第二2选1开关合路器至接收机方向传递函数Hswitch21；内定标网络发射模式下传递函数Ht→r；内定标网络传输模式下传递函数Ht→c；内定标网络参考通道幅相特性获取模式下传递函数Hc→r、接收机传递函数Hrec；
H1T＝Htrans·Hswitch11·H1power·H1cir1-2·H1coup1-3·H1c→r·Hswitch22·Hrec (1)
H2T＝Htrans·Hswitch11·H2power·H2cir1-2·H2coup1-3·H2c→r·Hswitch22·Hrec (2)
H3T＝Htrans·Hswitch11·H3power·H3cir1-2·H3coup1-3·H3c→r·Hswitch22·Hrec (3)
H4T＝Htrans·Hswitch11·H4power·H4cir1-2·H4coup1-3·H4c→r·Hswitch22·Hrec (4)
Href＝Htrans·Hswitch12·Ht→r·Hswitch22·Hrec (5)
H1R＝Htrans·Hswitch12·H1t→c·H1coup3-1·H1cir2-3·H1LNA·Hswitch21·Hrec (6)
H2R＝Htrans·Hswitch12·H2t→c·H2coup3-1·H2cir2-3·H2LNA·Hswitch21·Hrec (7)
H3R＝Htrans·Hswitch12·H3t→c·H3coup3-1·H3cir2-3·H3LNA·Hswitch21·Hrec (8)
H4R＝Htrans·Hswitch12·H4t→c·H4coup3-1·H4cir2-3·H4LNA·Hswitch21·Hrec (9)
(2)计算四路收发通道环路的传递函数H1sig～H4sig分别为：
(3)计算距离匹配压缩函数Hsig，Hsig＝H1sig+H2sig+H3sig+H4sig。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明通过校正通道偏差与获取收发通道匹配模板，提高了SAR图像信噪比，提升了SAR成像效果。
(2)本发明通过使用内标定网络，能够实现全部发射通道和接收通道的特性标定，通过发射点频脉冲信号先进行相位校准保证相位的一致性，再通过发射扫频脉冲信号通道幅相特性，保证了标定的准确性。
(3)本发明通过提升SAR图像效果，将增强超高分辨率星载SAR的军事侦察能力、提高目标识别检测概率、提升军事武器打击效能，为军事战略决策提供精确的信息保障。
附图说明
图1为SAR***的内定标环路设计示意图；
图2为内定标网络单元的***方案框图；
图3为超宽带反射面SAR***内定标环路的详细***框图；
图4为超宽带反射面星载SAR的***定标流程图；
图5为步骤1获取发射定标相位的载荷***信号流向示意图；
图6为步骤1获取发射定标相位的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图7为步骤2获取发射定标相位的载荷***信号流向示意图；
图8为步骤2获取发射定标相位的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图9为步骤3获取发射定标相位的载荷***信号流向示意图；
图10为步骤3获取发射定标相位的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图11为步骤4获取发射定标相位的载荷***信号流向示意图；
图12为步骤4获取发射定标相位的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图13为步骤5获取接收定标相位φ1_fl的载荷***信号流向示意图；
图14为步骤5获取接收定标相位φ1_fl的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图15为步骤6获取接收定标相位φ2_fl的载荷***信号流向示意图；
图16为步骤6获取接收定标相位φ2_fl的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图17为步骤7获取接收定标相位φ3_fl的载荷***信号流向示意图；
图18为步骤7获取接收定标相位φ3_fl的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图19为步骤8获取接收定标相位φ4_fl的载荷***信号流向示意图；
图20为步骤8获取接收定标相位φ4_fl的内定标网络信号流向及内部开关状态设置示意图；
图21为相位校准的定标脉冲发射时序图示意图；
图22为参考定标模式下扫频脉冲在SAR载荷***里的信号流向示意图；
图23为参考定标模式下扫频脉冲在内定标网路里的信号流向示意图；
图24为通道特性获取的定标脉冲发射时序图示意图。
具体实施方式
本发明的技术内容包括以下三项：1)首先根据超宽带反射面星载SAR的载荷方案设计了内定标环路及内定标网络模块，保证对***收发通道的全面覆盖；2)其次，设计了相位校准与通道幅相特性获取相结合的***内定标工作流程；3)最后，给出了利用内定标信号来获取距离压缩匹配模板的处理算法。
1.超宽带反射面SAR的内定标环路及内定标网络设计
超宽幅反射面星载SAR的内定标环路需满足以下三方面约束条件：
(1)定标环路必须保证全面覆盖雷达成像脉冲所经历的各条通路；
(2)定标信号流所特有的通路、或是未被定标信号覆盖而雷达脉冲信号所经历的通路，必须有较高的温度及时间稳定性；
(3)定标信号与成像信号需要具有同样的信号参数(脉宽及带宽)。
基于以上约束条件和超宽带反射面SAR载荷***方案，内定标的环路设计如附图1所示，其中虚线模块为***实现内定标所新引入的单元，包括了：①发射通道中位于发射机与合成网络前端之间的2选1开关；②接收通道中位于馈源接收开关矩阵与接收机之间的2选1开关；③环形器与天线馈源阵列之间的耦合器组；④实现定标环路切换、延时控制以及增益调节的内定标网络单元。
附图2给出了内定标网络的方案框图。它内部通过多个选择开关来实现不同定标模式下的信号通路切换；同时还带有射频单元来调节信号功率，保证光纤延迟单元和接收机的输入信号满足相应的功率要求；网络中的光纤延迟单元用来将发射定标信号延时后再输入给接收机，避免定标信号受到大功率发射脉冲的空间泄漏干扰；内定标网络还带有自身的电源及监测控制单元，实现对其供电及遥控遥测的功能。
整个SAR***的内定标模式包括发射定标、接收定标以及参考定标三种，这三种定标模式组成完整***内定标过程。以附图1中的端口标号为参考，三种定标模式下的定标信号流向如表1所列：
表1超宽带反射面三种内定标模式的定标信号流向
定标模式 定标信号流向
发射定标 发射机→2→7→4→5→6→10→接收机
参考定标 发射机→1→3→6→10→接收机
接收定标 发射机→1→3→5→4→7→8→9→接收机
在发射定标模式中，发射机输出信号将进入发射通道。脉冲信号在经过2选1开关、合成网络前端以及TWTA组后，通过环形器与馈源阵列之间的耦合器耦合出一路小功率信号进入到内定标网络中。在内定标网络中，通过4选1开关选出一路馈源耦合出的小功率信号，而后经过射频单元和延迟单元中做相应的电平转换和时间延迟处理，最后通过射频单元输出到达接收机前的2选1开关，再通过该开关进入到接收机做接收处理。
在参考回路定标模式中，发射机的输出信号将通过2选1开关进入内定标网络。脉冲信号在内定标网络中经过一系列开关进入到射频单元进行电平转换，而后通过光纤延迟单元进行相应的延迟后再次进行射频单元进行电平转换，最后从射频单元输出到达接收机前的2选1开关，通过该开关进入到接收机中进行接收处理。
在接收定标模式下，发射机输出信号将通过2选1开关进入内定标网络。脉冲信号在内定标网络中通过选通开关由端口5输出，该路信号到达耦合器组的耦合端口4，从该端口进入到环形器、限幅LNA、最后通过2选1开关进入到接收机中进行接收处理。
由于超宽带反射面SAR将用到多子带信号来频谱拼接实现距离向超高分辨率，同时需要多支TWTA来合成发射大功率保证最终的图像信噪比。以3子带脉冲、4部TWTA为例，附图3给出了内定标过程所涉及到的合成网络前端(包括一个4功分器和四个发射移相器t1～t4)、TWTA组(由TWTA1～TWTA4组成)、环形器组(由环形器1～4所组成)、耦合器组(由耦合器1～4组成)、限幅LNA模块(包括四个限幅LNA单元、四部接收移相器r1～r4、四部隔离器以及一个合路器)、及内定标网络的详细组成。
2.***定标流程
***的内定标工作在成像开始之前完成。首先利用相位校准定标来获取四路发射通道之间的相位偏差、四路接收通道之间的相位偏差，再通过调整发射移相器t1～t4和接收移相器r1～r4的移相值来校正发射通道与接收通道之间的相位不一致。在收发多路通道的相位校准基础上，再进行收发通道的幅相特性定标。最后，利用相应的算法对通道特性标定信号进行处理，获得距离向匹配压缩模板。附图4给出了超宽带反射面星载SAR***的完整定标流程。
从以上流程图可看出，***内定标需要针对每个子带进行独立的相位校准和通道特性获取。在完成所有子带的通道特性获取后，再根据相应的处理算法获得每个子带的匹配模板。由于针对每个子带的定标过程是类似的，以下以子带1为参考，其他3个子带，发射机发射信号不同，流程完全相同，下面给出详细的定标流程。
(1)相位校准的标定流程
发射机发射SAR信号子带1的相位校准包括对四路发射通道与四路接收通道的相位校准。校准过程将利用子带1的最低频率fL、中心频率fC与最高频率fH等多个频点来获取通道的相位值，再对其进行联合处理得到针对整个子带的通道间相位差，最后利用以上相位差来调整发射通道与接收通道中的移相器t1～t4与r1～r4，以达到相位校准的目的。
四路发射通道移相器t1～t4与四路接收通道移相器r1～r4的初始移相值设为180o，可正负双向调整。以下将给出子带1收发通道相位校准完整的实施步骤，一次完整的相位校准共包含24步，第1～8步、9～16步、以及17～24步分别针对频点fL、fC以及fH展开。
步骤1：发射fL点频脉冲信号，仅TWTA1加功率，获取第一路发射通道相位
在步骤1中，发射机后的2选1开关选通合成网络前端，仅TWTA1加功率，内定标网络中的T开关1导通方式为耦合器至接收机，其它T开关都置为负载态。接收机前的2选1开关选通内定标网络来向的信号。附图5给出了步骤1中点频信号在载荷***内部的流向(虚线所示)，附图6给出了该点频信号在内定标网络中的流向(虚线所示)以及其中的开关设置方式。发射机发射点频脉冲信号，脉冲信号的频点为fL相位为经2选1开关发送到4功分器，分成4路，第一路信号经移相器t1到第一行波管放大器TWTA1增加功率，经环形器1传输到耦合器1，耦合器1将脉冲信号耦合到T开关1，经4选1开关，3号开关，2号开关传输到射频单元，经射频单元调节信号功率后，发送给光纤延迟单元，经光纤延迟单元延迟40～50微秒，返回到射频单元，由射频单元转发至接收机，电源及监控单元为射频单元和光纤延迟单元提供二次电源，并监控二者工作电压。接收机输出信号的相位为完成了第一路发射通道相位测试。
步骤2：发射fL点频脉冲信号，仅TWTA2加功率，获取第二路发射通道相位
在步骤2中，发射机后与接收机前的2选1开关选通状态不变，内定标网络中的T开关2的导通方式改为耦合器至接收机，其它开关都置为负载态。附图7与附图8中虚线分别表示步骤2中点频信号在载荷***与内定标网络中的流向方式。
步骤3：发射fL点频脉冲信号，仅TWTA3加功率，获取第三路发射通道相位
在步骤3中，发射机后与接收机前的2选1开关选通状态不变，内定标网络中的开关3的导通方式改为耦合器至接收机，其它开关都置为负载态。附图9与附图10中虚线分别给出了步骤3中定标信号在SAR载荷***与内定标网络中的流向方式。
步骤4：发射fL点频脉冲信号，仅TWTA4加功率，获取第四路发射通道相位
在步骤4中，发射机后与接收机前的2选1选通开关状态不变，内定标网络中的开关4的导通方式改为耦合器至接收机，其它开关都置为负载态。附图11与附图12中虚线给出了步骤4中定标信号在载荷***与内定标网络中的流向。
步骤5：发射fL点频脉冲信号，获取第一路接收通道相位φ1_fl。
步骤5开始获取接收通道的相位特性。全部TWTA不再加功率，发射机后的2选1开关导通方式为发射机至内定标网络；内定标网络中的T开关1导通方式为发射机至耦合器，其它四个T开关都置为负载态；接收机前的2选1开关导通方式为限幅LNA模块至接收机。附图13给出了步骤5的定标信号在载荷***中的流向(虚线所示)，附图14为定标信号在内定标网络中的流向(虚线所示)以及相应的开关状态设置。发射机发射点频脉冲信号，脉冲信号的频点为fL相位为经2选1开关发送到内标定网络，经1号开关、4选1开关再经T开关1，传输到耦合器1，耦合器1将脉冲信号耦合到环形器1，环形器将信号传输到限幅低噪放LAN1，进行低噪声功率放大后，经移相器r1(未移向)、隔离器、合路器后输出，经2选1开关传输到接收机，接收机进行接收处理。接收机输出信号的相位为完成了第一路接收通道相位测试。
步骤6：发射fL点频脉冲信号，获取第二路接收通道相位φ2_fl。
步骤6中，发射机后与接收机前的2选1选通开关状态与步骤5一致，内定标网络中的T开关2的导通方式改为发射机至耦合器，其它开关都置为负载态。附图15与附图16的虚线分别给出了步骤6中定标信号在载荷***与内定标网络中的流向。
步骤7：发射fL点频脉冲信号，获取第三路接收通道相位φ3_fl。
步骤7中，发射机后与接收机前的2选1选通开关状态与步骤5一致，内定标网络中的T开关3的导通方式改为发射机至耦合器，其它开关都置为负载态。附图17与附图18的虚线分别给出了步骤7中定标信号在载荷***与内定标网络中的流向。
步骤8：发射fL点频脉冲信号，获取第四路接收通道相位φ4_fl。
步骤8中，发射机后与接收机前的2选1选通开关状态与步骤5一致，内定标网络中的T开关4的导通方式改为发射机至耦合器，其它开关都置为负载态。附图19与附图20的虚线分别给出了步骤8中点频信号在载荷***与内定标网络中的流向。
经过以上所述的步骤1～步骤8，可获得四路发射通道与四路接收通道在频点fL的相位值。步骤9～步骤16再利用中心频率fc的点频脉冲信号作为定标信号，按照步骤1～8同样的方式获得四路发射通道与四路接收通道在频点fc的相位值；最后，步骤17～步骤24利用最高频率fH点频信号作为定标信号，获得全部收发通道在频点fH处的相位值。参见表2给出了三个频点的四路发射通道与接收通道的相位值。
表2发射通道与接收通道在三个频点处的相位值
以发射通道1与接收通道1分别作为四路发射通道与四路接收通道的参考通道，利用附表2中所得到的相位做星上实时处理，就可得到子带1发射通道与接收通道与其各自参考通道的相位差，如附表3所列。
表3子带1对应的通道间相位差
为降低噪声干扰，提供相位校准精度，将单次相位校准过程重复512次或1024次，与标准值做差，就能够获得512组发射通道相位偏差以及512组接收通道相位偏差Δφ1～Δφ4。再将这512次得到相位差求取均值，并利用得到的均值结果来调整发射移相器t1～t4与接收移相器r1～r4，从而保证多路发射通道与多路接收通道之间的一致性。附图21给出了相位校准过程的脉冲发射时序，其中相邻两个校准脉冲的发射间隔为ΔT，单次校准过程包括24个发射脉冲，这24个发射脉冲的工作方式如以上步骤1～步骤24所述。一次完整的相位校准过程共包括512次单次相位校准。
(2)通道幅相特性获取的标定流程
在上一节完成子带1的相位校准后，就将在该状态下来进行***扫频脉冲定标，来获取子带1对应的收发通道幅相特性，以用来解算子带1回波的距离向匹配压缩模板。子带1通道特性的单次获取过程共包括9步，步骤1～步骤4为发射定标、步骤5为参考定标、步骤6～步骤9为接收定标。
步骤1：发射子带1扫频脉冲信号(发射SAR实际工作信号)，仅TWTA1加功率，获取第一路发射定标通道的幅相特性H1T，其中 A(f)与分别发射的子带1扫频脉冲信号的幅频特性与相频特性，A1_end(f)与分别为子带1扫频脉冲经过第一路发射定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤1相同。
步骤2：发射子带1扫频脉冲信号，仅TWTA2加功率，获取第二路发射定标通道的幅相特性A2_end(f)与分别为子带1扫频脉冲经过第二路发射定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤2相同。
步骤3：发射子带1扫频脉冲信号，仅TWTA3加功率，获取第三路发射定标通道的幅相特性A3_end(f)与分别为子带1扫频脉冲经过第三路发射定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤3相同。
步骤4：发射子带1扫频脉冲信号，仅TWTA4加功率，获取第四路发射定标通道的幅相特性A4_end(f)与分别为子带1扫频脉冲经过第四路发射定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤4相同。
步骤5：发射子带1扫频脉冲信号，发射机后的2选1开关设为发射机至内定标网络，扫频信号经过内定标网络后进入接收机。本次参考定标的在SAR***与内定标网络中的信号流向分别如附图22与附图23的虚线所示，获得参考通道的幅相特性为ACend(f)与ψend(f)分别为子带1扫频脉冲经过参考定标通道后的信号幅频特性与相频特性。
步骤6：发射子带1扫频脉冲信号，全部TWTA不加功率，获取第一路接收定标通道的幅相特性AR1_end(f)与φ1_end(f)分别为子带1扫频脉冲经过第一路接收定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤5相同。
步骤7：发射子带1扫频脉冲信号，全部TWTA不加功率，获取第二路接收定标通道的幅相特性AR2_end(f)与φ2_end(f)分别为子带1扫频脉冲经过第二路接收定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤6相同。
步骤8：发射子带1扫频脉冲信号，全部TWTA不加功率，获取第三路接收定标通道的幅相特性AR3_end(f)与φ3_end(f)分别为子带1扫频脉冲经过第三路接收定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤7相同。
步骤9：发射子带1扫频脉冲信号，全部TWTA不加功率，获取第四路接收定标通道的幅相特性AR4_end(f)与φ4_end(f)分别为子带1扫频脉冲经过第四路接收定标通道后的信号幅频特性与相频特性。扫频脉冲在SAR***及内定标网络中的信号流向与相位校准中步骤8相同。
为降低噪声干扰、提升获取的通道幅相特性精度，将步骤1～步骤9所组成的单次流程重复512次，并将得到的结果进行平均处理，就可得到精确的四路发射定标通道、参考定标通道以及四路接收定标通道的幅相特性。附图24给出了通道幅相特性获取定标过程的脉冲发射时序，相邻两个定标脉冲的发射间隔为ΔT，单次定标过程包括9个发射脉冲，这9个发射脉冲的工作方式如以上步骤1～步骤9所述。一次完整的通道特性获取过程共包括512次单次特性获取。
(3)定标信号的处理算法
在完成通道的相位校准、并在此基础上获取通道的幅相特性后，即将利用相应的处理算法来解算出可应用于距离向压缩处理的匹配模板。
附表4给出了***定标过程所涉及单元模块的传递函数。
表4***中不同单元模块的传递函数
当按照通道特性获取的标定流程完成步骤1～步骤9后，得到的9个定标通道的传递函数可表示为：
H1T＝Htrans·Hswitch11·H1power·H1cir1-2·H1coup1-3·H1c→r·Hswitch22·Hrec (1)
H2T＝Htrans·Hswitch11·H2power·H2cir1-2·H2coup1-3·H2c→r·Hswitch22·Hrec (2)
H3T＝Htrans·Hswitch11·H3power·H3cir1-2·H3coup1-3·H3c→r·Hswitch22·Hrec (3)
H4T＝Htrans·Hswitch11·H4power·H4cir1-2·H4coup1-3·H4c→r·Hswitch22·Hrec (4)
Href＝Htrans·Hswitch12·Ht→r·Hswitch22·Hrec (5)
H1R＝Htrans·Hswitch12·H1t→c·H1coup3-1·H1cir2-3·H1LNA·Hswitch21·Hrec (6)
H2R＝Htrans·Hswitch12·H2t→c·H2coup3-1·H2cir2-3·H2LNA·Hswitch21·Hrec (7)
H3R＝Htrans·Hswitch12·H3t→c·H3coup3-1·H3cir2-3·H3LNA·Hswitch21·Hrec (8)
H4R＝Htrans·Hswitch12·H4t→c·H4coup3-1·H4cir2-3·H4LNA·Hswitch21·Hrec (9)
式(1)～式(4)分别表示该子带对其第1路～第4路发射通道进行标定时所获得的标定信号，式(6)～式(9)分别表示该子带对其第一路(LNA1)～第四路(LNA4)接收通道进行标定时所获得的标定信号，式(5)表示该子带的参考定标环路信号。
在成像工作过程中，***一路收发通道中脉冲信号所经历传递函数为：
Hsig＝HtransHswitch11·(HpowerHcir1-2Hcoup1-2Hcoup2-1Hcir2-3HLNA)·Hswitch21Hrec (10)
基于式(1)～式(10)的分析结果，可得出该子带对应的四路收发通道的传递函数H1sig～H4sig分别为：
由于***成像是四路收发通道同时工作的，因此***总的传递函数Hsig为以上四个传递函数之和，即可表示为：
Hsig＝H1sig+H2sig+H3sig+H4sig (15)
式(15)得到Hsig的即为该子带相应的距离匹配压缩函数。利用该函数与该子带的SAR回波信号进行匹配滤波。
通过式(11)～(14)可看出，为获得距离压缩匹配模板，不仅需要每路发射通道、接收通道及参考环路的定标信号，还需要各个耦合器各端口之间的传递函数特性(如附表5所列)、各通道经过内定标器的传递函数特性。耦合器为无源模块，其传递函数相对稳定，不易发生变化，在地面就可测定其多端口间的传递函数。内定标网络中H1t→c～H4t→c这四项传递函数仅包含多个电子开关，因此传递函数也相对较为稳定，而Ht→r与H1c→r～H4c→r都需要经过射频单元与光纤延迟模块，这两部分都会随温度都会产生变化，在设计定标时序时将参考定标与发射定标之间的时间间隔设置最够小(ΔT＝
0.2ms)，以保证在这段间隔内的射频单元与光纤延迟模块之间特性比较稳定。这时式(11)的H1sig＝Ht→r/H1t→c即可表示为
其中Hswitch为附图22中与发射机相联的内定标网络输入端口3至射频单元输入端口的传递函数特性，Hdelay为由射频单元输入端口至内定标器向接收机输出端口6的传递函数特性(由于发射定标与参考定标之间间隔ΔT非常短，因此认为它们所包含的Hdelay一致)，H1switch为附图6中与超高分辨率模式耦合器1相联的内定标器输入端口5至射频输入端口的传递函数特性。
由于Hswitch与H1switch仅包含电子开关，因此稳定性较好，从而使得Ht→r/H1t→c也同样具有较高的稳定度(同理还有Ht→r/H2t→c、Ht→r/H3t→c、Ht→r/H4t→c)，可在地面对其进行测试标定后用于后期距离压缩模板的获取。
表5各耦合器各端口之间传递函数特性
序号 传递函数特性 符号
1. 耦合器1的端口1→端口3传递函数 H1coup1-3
2. 耦合器1的端口3→端口1传递函数 H1coup3-1
3. 耦合器1的端口1→端口2传递函数 H1coup1-2
4. 耦合器1的端口2→端口1传递函数 H1coup2-1
5. 耦合器2的端口1→端口3传递函数 H2coup1-3
6. 耦合器2的端口3→端口1传递函数 H2coup3-1
7. 耦合器2的端口1→端口2传递函数 H2coup1-2
8. 耦合器2的端口2→端口1传递函数 H2coup2-1
9. 耦合器3的端口1→端口3传递函数 H3coup1-3
10. 耦合器3的端口3→端口1传递函数 H3coup3-1
11. 耦合器3的端口1→端口2传递函数 H3coup1-2
12. 耦合器3的端口2→端口1传递函数 H3coup2-1
13. 耦合器4的端口1→端口3传递函数 H4coup1-3
14. 耦合器4的端口3→端口1传递函数 H4coup3-1
15. 耦合器4的端口1→端口2传递函数 H4coup1-2
16. 耦合器4的端口2→端口1传递函数 H4coup2-1
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SAR***内定标网络单元，其特征在于：包括第一n选1开关、包括n个开关的开关组、第二n选1开关、射频单元及光纤延迟单元；
在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一n选1开关、开关组的n个开关之一传输到与n个开关之一对应的一路SAR载荷耦合器；n为SAR载荷的传输路数；
在发射定标模式下，开关组的n个开关之一导通接入由耦合器耦合出的脉冲信号，脉冲信号经第二n选1开关传输到射频单元调节功率后，发送给光纤延迟单元，延迟后返回到射频单元，由射频单元转发至接收机。
2.如权利要求1所述的SAR***内定标网络单元，其特征在于，在参考定标通道幅相特性获取模式下，发射机发射的脉冲信号经射频单元调节功率后，发送给光纤延迟单元，延迟后返回到射频单元，由射频单元转发至接收机。
3.如权利要求2所述的SAR***内定标网络单元，其特征在于，还包括第一开关(1)、第二开关(2)、第三开关(3)以及负载；
在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)传输到第一n选1开关，第二开关(2)和第三开关(3)连接至负载；在发射定标模式下，开关组的n个开关之一导通由耦合器耦合出的接入脉冲信号，脉冲信号经第二n选1开关、第三开关(3)、第二开关(2)传输到射频单元，第一开关(1)连接至负载；在参考通道幅相特性获取模式下发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)、第二开关(2)后传输到射频单元，第三开关(3)连接至负载。
4.如权利要求1或2所述的SAR***内定标网络单元，其特征在于，还包括电源及监控单元，为射频单元和光纤延迟单元提供二次电源，并监控二者工作电压与电流。
5.一种利用权利要求3所述的SAR***内定标网络单元进行SAR载荷相位标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将发射移相器和接收移相器设置设为非移相模式，发射机发射点频脉冲信号，脉冲信号的频点为SAR信号子带的最低频率，相位为令i＝1；
(2)脉冲信号经功分器，分成n路，第i路信号经第i个发射移相器(ti)到第i个行波管放大器(TWTAi)功率放大后，经第i个环形器传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到***内定标网络单元，在发射定标模式下，开关组的第i个开关导通接入脉冲信号，由射频单元将脉冲信号转发至接收机，获取接收机输出信号的相位为计算第i路发射通道相位
(3)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(4)；如果小于n则将i加1返回步骤(2)；
(4)***内定标网络单元工作在接收定标模式下，发射机发射的点频脉冲信号经第一开关(1)、第一n选1开关再经开关组的第i个开关，传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到第i个环形器，第i个环形器将信号传输到第i个限幅低噪放进行低噪声功率放大后，经第i个接收移相器(ri)、第i个隔离器隔离、再经合路器后输出到接收机，接收机进行接收处理，接收机输出信号的相位为φi_end，计算第i路接收通道相位
(5)判断i是否等于n，如果小于n则将i加1返回步骤(4)；如果等于n则判断发射机发射的点频脉冲信号的频点，如果为SAR信号子带最低频率，则发射机发射的点频脉冲信号频点设为SAR信号子带的中心频率，相位为令i＝1，返回步骤(2)；如果为SAR信号子带的中心频率，则发射机发射的点频脉冲信号频点设为SAR信号子带的最高频率，相位为令i＝1，返回步骤(2)；如果为SAR信号子带的最高频率则完成SAR载荷相位标定。
6.根据权利要求5所述的SAR***相位标定方法，其特征在于，重复执行步骤(1)～(5)K次，获取K组接收通道相位及发射通道相位，计算K组接收通道相位及发射通道相位误差，并获取各接收通道和发射通道相位误差均值，根据相位误差均值调整对应的发射移相器与接收移相器，完成各接收通道和发射通道的相位校准。
7.根据权利要求6所述的SAR***相位标定方法，其特征在于，对SAR***的每个子带都要执行相位标定。
8.一种基于权利要求6所述的SAR***相位标定方法的幅相特性标定方法，其特征在于，完成各接收通道和发射通道的相位校准后进行幅相特性标定，具体包括以下步骤：
(1)将发射移相器和接收移相器按照权利要求6所述的***相位标定方法进行相位校准，发射机发射SAR实际成像工作的脉冲信号，该发射信号的相频特性为幅频特性为A(f)，其中f为频率变量；令i＝1；
(2)脉冲信号经第一2选1开关进入功分器，经功分器分成n路，第i路信号经第i个发射移相器(ti)到第i个行波管放大器(TWTAi)增加功率后，经第i个环形器传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到***内定标网络单元，在发射模式下，开关组的第i个开关导通接入脉冲信号，由射频单元将脉冲信号转发至接收机，获取接收机输出信号的相频特性为幅频特性为Ai_end(f)，计算第i路发射通道的幅相特性
(3)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(4)；如果小于n则将i加1返回步骤(2)；
(4)***内定标网络单元工作在参考通道幅相特性获取模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)进入到***内定标网络单元后，由射频单元将脉冲信号发出，通过第二2选1开关发送至接收机，获取接收机输出信号的相频特性为ψend(f)，幅频特性为ACend(f)，计算参考通道的幅相特性为
(5)***内定标网络单元工作在接收定标模式下，发射机发射的脉冲信号经第一开关(1)、第一n选1开关再经开关组的第i个开关，传输到第i个耦合器，第i个耦合器将脉冲信号耦合到第i个环形器，第i个环形器将信号传输到第i个限幅低噪放进行低噪声功率放大后，经第i个发射移相器(ri)、第i个隔离器隔离、再经合路器通过第二2选1开关后输出到接收机，接收机进行接收处理，接收机输出信号的相频特性为φi_end(f)，幅频特性为ARi_end(f)，计算第i路接收定标通道的幅相特性
(6)判断i是否等于n，如果等于n则令i＝1并进入步骤(7)；如果小于n则将i加1返回步骤(5)；
(7)根据n路发射通道的幅相特性HiT、参考通道的幅相特性为Href和定标通道的幅相特性HiR，计算SAR***的距离匹配压缩函数。
9.根据权利要求8所述的幅相特性标定方法，其特征在于，步骤(7)之前还包括：重复执行步骤(1)～(6)K次，获取K组接收通道及发射通道幅相特性，并获取各接收通道和发射通道幅相特性均值作为最终的各接收通道及发射通道幅相特性值。
10.根据权利要求9所述的幅相特性标定方法，其特征在于，n的取值为4，计算SAR***总的传递函数Hsig的方法为：
(1)求解公式(1)～(9)组成的方程组，获取发射机的传递函数Htrans；第一2选1开关功分器方向的传递函数Hswitch11；第一2选1开关内定标网络方向的传递函数Hswitch12；功分器、发射移相器及行波管放大器(TWTAi)第i路的传递函数Hipower；第i路环形器发射方向传递函数Hicir1-2；第i路环形器接收方向传递函数Hicir2-3；第i路耦合器发射方向传递函数Hicoup1-2；第i路耦合器接收方向传递函数Hicoup2-1；第i路耦合器耦合方向传递函数Hicoup1-3；第i路耦合器逆耦合方向传递函数Hicoup3-1；限幅低噪放、发射移相器、隔离器和合路器第i路的传递函数HiLNA；第二2选1开关内标定网络至接收机方向的传递函数Hswitch22；第二2选1开关合路器至接收机方向传递函数Hswitch21；内定标网络发射模式下传递函数Ht→r；内定标网络传输模式下传递函数Ht→c；内定标网络参考通道幅相特性获取模式下传递函数Hc→r、接收机传递函数Hrec；
H1T＝Htrans·Hswitch11·H1power·H1cir1-2·H1coup1-3·H1c→r·Hswitch22·Hrec (1)
H2T＝Htrans·Hswitch11·H2power·H2cir1-2·H2coup1-3·H2c→r·Hswitch22·Hrec (2)
H3T＝Htrans·Hswitch11·H3power·H3cir1-2·H3coup1-3·H3c→r·Hswitch22·Hrec (3)
H4T＝Htrans·Hswitch11·H4power·H4cir1-2·H4coup1-3·H4c→r·Hswitch22·Hrec (4)
Href＝Htrans·Hswitch12·Ht→r·Hswitch22·Hrec (5)
H1R＝Htrans·Hswitch12·H1t→c·H1coup3-1·H1cir2-3·H1LNA·Hswitch21·Hrec (6)
H2R＝Htrans·Hswitch12·H2t→c·H2coup3-1·H2cir2-3·H2LNA·Hswitch21·Hrec (7)
H3R＝Htrans·Hswitch12·H3t→c·H3coup3-1·H3cir2-3·H3LNA·Hswitch21·Hrec (8)
H4R＝Htrans·Hswitch12·H4t→c·H4coup3-1·H4cir2-3·H4LNA·Hswitch21·Hrec (9)
(2)计算四路收发通道环路的传递函数H1sig～H4sig分别为：
(3)计算距离匹配压缩函数Hsig，Hsig＝H1sig+H2sig+H3sig+H4sig。
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