CN116559802B - 一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，包括：使可能引入的残余相位误差尽可能小；针对干涉SAR***的相位同步链路，设计相位同步定标回路，可以实现对干涉SAR***相位同步链路引入相位误差的标定；进行集成化设计；尽量避免有源放大环节的使用；采用稳相高频电缆；控制内定标器和定标电缆的工作温度；对内定标回路本身稳定性进行补偿。本发明通过内定标器中回路的特别设计、集成化设计、不使用有源放大器等方法，使得内定标器的定标回路相位更加稳定、引入的相位误差尽可能小。
Description
技术领域
本发明属于合成孔径雷达（SAR）内定标技术领域，具体涉及一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，特别适用于提高星载干涉SAR***相位内定标回路的稳定性和相位定标精度。
背景技术
干涉SAR***通过对覆盖同一地区的两幅雷达图像进行干涉处理，提取同一像素点的相位差，进而得到地形高程信息。
理想情况下，要求干涉相位差中仅包含地形起伏引入的相位变化，而不包含SAR有效载荷收发通道传输相位的变化。实际SAR***在工作过程中，由于环境温度等外界条件的变化、或者设备老化等因素的影响，***增益和传输相位都会发生变化。这些变化直接反映在雷达记录的回波信号幅度和相位上，干涉处理后会引入干涉相位误差，影响干涉SAR***的测高精度。
常规星载SAR***的内定标主要用来对***本身（除天线辐射阵面外）的幅度变化进行标定。而干涉SAR测量主要利用相位信息，***的相位变化会引入干涉测量误差。此时，内定标的目的就不仅仅是标定***本身（除天线辐射阵面外）的幅度变化，还必须能够实现对***本身（除天线辐射阵面外）引入的相位误差进行实时动态监测和标定。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，除可以完成常规SAR***的幅度内定标外，还可以对SAR***进行相位内定标，并且有效提高***内定标回路的相位稳定性和相位定标精度，减小干涉SAR***的相位误差，提高***干涉测高精度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，包括如下步骤：
步骤1、设计内定标器中内定标回路，使得参考定标回路覆盖全阵面发射定标回路与全阵面接收定标回路之和，减小能覆盖的残留路径，从而减小引入的残余相位误差；所述内定标回路包括单组件发射定标回路、单组件接收定标回路、参考定标回路、全阵面发射定标回路和全阵面接收定标回路；
步骤2、针对干涉合成孔径雷达***的相位同步链路设计相位同步定标回路，实现对干涉合成孔径雷达***的相位同步链路引入的相位误差的标定；
步骤3、将内定标器内部形成的各种内定标回路的一系列微波开关进行集成化设计，从而形成开关模块，缩短各种内定标回路的物理长度，提高内定标回路传输相位随温度变化的稳定性；
步骤4、在内定标器的单组件发射定标回路和单组件接收定标回路设置有源放大器，参考定标回路、全阵面发射定标回路与全阵面接收定标回路不使用有源放大器；
步骤5、在内定标器内部各电路模块之间、以及内定标器与各单机之间采用稳相高频电缆进行互连，改善内定标回路的相位稳定性；
步骤6、控制内定标器和定标电缆的工作温度；
步骤7、对内定标回路的稳定性进行补偿。
进一步地，所述步骤1包括：在内定标器中，将参考定标回路的“调频信号源端口→开关SW1→第一衰减→开关SW2”段与全阵面接收定标回路重合，参考定标回路的“开关SW4→第二衰减→雷达接收机端口”段与全阵面发射定标回路重合，只有“开关SW3”的参考定标回路没有被通过，为残余无法校正部分。
进一步地，所述步骤2包括：设计相位同步发射定标回路和相位同步接收定标回路，对相位同步链路的发射通道和接收通道进行标定。
进一步地，所述步骤6包括：由卫星热控保证将内定标器的单机的在轨工作温度范围控制在-5℃～+5℃的温度范围内，并对定标电缆采取多层包覆。
进一步地，所述步骤7包括：在地面测试获取内定标器和定标电缆以及天线子***定标网络的功率合成端到内定标器之间定标电缆的传输幅相随温度的变化关系曲线，卫星在轨工作时测量内定标器和定标电缆的工作温度并打包到辅助数据下传，地面数据处理时对内定标器和定标电缆的传输幅相进行补偿，从而进一步减小内定标回路本身引入的定标误差。
有益效果：
常规SAR***只进行幅度内定标，不关心***相位变化情况。干涉SAR***需要使用相位信息，以前的内定标方法没有具体阐述提高相位内定标精度的内容。本发明通过内定标器中回路的特别设计、集成化设计、不使用有源放大器等方法，使得内定标器的定标回路相位更加稳定、引入的相位误差尽可能小。
本发明还采用稳相高频电缆、控制内定标器和定标回路高频电缆的工作温度范围、相位-温度曲线测试补偿等方法来提高SAR***内定标回路本身的相位稳定性。
本发明针对分布式干涉SAR***的相位同步链路，设计了相位同步定标回路，可以实现对干涉SAR***相位同步链路引入相位误差的标定。
附图说明
图1为全阵面发射定标回路示意图；
图2为单组件发射定标回路示意图；
图3为全阵面接收定标回路示意图；
图4为单组件接收定标回路示意图；
图5为参考定标回路示意图；
图6为内定标器中定标回路设计示意图；
图7为相位同步发射定标回路示意图；
图8为相位同步接收定标回路示意图。
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。
本发明公开一种干涉合成孔径雷达（SAR）***相位内定标方法，包括：使可能引入的残余相位误差尽可能小；针对干涉SAR***的相位同步链路，设计相位同步定标回路，可以实现对干涉SAR***相位同步链路引入相位误差的标定；进行集成化设计；尽量避免有源放大环节的使用；采用稳相高频电缆；控制内定标器和定标电缆的工作温度；对内定标回路本身稳定性进行补偿。
本发明从可能影响干涉SAR***相位定标精度的各个方面都进行了针对性的设计，下面结合附图对本发明进行详细描述。
对于常规相控阵天线SAR***的幅度定标，通常包括5种定标回路，即：（1）全阵面发射定标；（2）单组件发射定标；（3）全阵面接收定标；（4）单组件接收定标；（5）参考定标。
图1为全阵面发射定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经功放、环形器、天线馈电网络和TR组件的T发射输出，一部分信号经过定向耦合器DC1传输至天线定标网络合成送到内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整将全阵面合成的大信号电平衰减至适合电平后，输出并经过定向耦合器DC2进入雷达接收机。
图2为单组件发射定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经功放、环形器、天线馈电网络后，仅通过一个TR组件的T发射输出，一部分信号经过定向耦合器DC1传输至天线定标网络送到内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整，将一个TR组件输出并功分后的小信号电平放大至适合电平后，输出并经过定向耦合器DC2进入雷达接收机。
图3为全阵面接收定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经过定向耦合器DC3进入内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整，将信号衰减至适合电平后，输出给天线定标网络，分配至每个TR组件，然后通过定向耦合器DC1进入TR组件的R接收，输出信号经天线馈电网络功合，再经由环形器进入雷达接收机。
图4为单组件接收定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经过定向耦合器DC3进入内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整，将信号衰减至适合电平后，输出给天线定标网络，分配至每个TR组件，然后通过定向耦合器DC1进入TR组件的R接收，输出信号经天线馈电网络功合，再经由环形器进入雷达接收机。
图5为参考定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经过定向耦合器DC3进入内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整，将信号电平衰减至适合电平后，输出并经过定向耦合器DC2进入雷达接收机。
SAR***的内定标是对成像的收发通道进行标定，即通过全阵面发射定标进行发射通道标定、通过全阵面接收定标进行接收通道标定，但是从上述图1和图3可以看出，全阵面发射定标回路和全阵面接收定标回路引入了内定标器中部分与***成像无关的链路，因此需要利用图5所示的参考定标回路对其进行修正。
本发明的设计思想是通过内定标器中定标回路的专门设计，使得参考定标回路尽量覆盖全阵面发射定标回路与全阵面接收定标回路之和，未能覆盖的残留路径尽可能短，从而使可能引入的残余相位误差尽可能小。从图6可以看出，内定标器中参考定标回路前半段与全阵面接收定标回路重合、后半段与全阵面发射定标回路重合，这样就使得仅残余天线定标网络端口处极小一段路径不能通过参考定标回路校正。
内定标器中，参考定标回路的信号通路为：调频信号源端口→开关SW1→第一衰减1→开关SW2→开关SW4→第二衰减2→雷达接收机端口。全阵面接收定标回路的信号通路为：调频信号源端口→开关SW1→第一衰减1→开关SW2→开关SW3→天线定标网络端口。全阵面发射定标回路的信号通路为：天线定标网络端口→开关SW3→开关SW4→第二衰减2→雷达接收机端口。
其中参考定标回路的“调频信号源端口→开关SW1→第一衰减1→开关SW2”段与全阵面接收定标回路重合，参考定标回路的“开关SW4→第二衰减2→雷达接收机端口”段与全阵面发射定标回路重合，只有天线定标网络端口处的“开关SW3”参考定标回路没有通过，为残余无法校正部分。
为了使参考定标回路无法覆盖的残余路径尽量短，并且缩短各种定标回路的物理长度，有效提高内定标回路传输相位随温度变化的稳定性，本发明还提出内定标器单机的集成化设计思路。内定标器内部形成各种定标回路的关键电路为一系列微波开关，这些微波开关采用集成化、一体化设计，最大限度减小体积来达到缩短各定标回路和参考定标无法覆盖的残余路径的目的。
另外，由于有源放大器的工作点漂移会对传输相位产生影响，因此本发明在内定标回路设计中，在全阵面发射定标、全阵面接收定标和参考定标回路中都避免使用有源放大。而单组件发射定标和单组件接收定标回路的主要目的是标校单个TR组件好坏，对相位稳定性无要求，而且由于网络功分后信号非常小，因此需要有源放大器进行信号电平放大。
相较于常规SAR***，由主辅星组成的分布式干涉SAR***需要在主星与辅星之间建立一个共同的雷达载波相位参考，从而实现两颗星SAR***的相干测量。这就需要在主星与辅星之间建立一个相位同步链路，将雷达载波相位双向对传。因此，本发明针对分布式干涉SAR***的相位同步链路，设计了相位同步定标回路，可以实现对干涉SAR***相位同步链路引入相位误差的标定。
图7为相位同步发射定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经功放、环形器、天线馈电网络到达同步天线辐射输出，一部分信号经过定向耦合器DC4传输至天线定标网络送到内定标器，在内定标器中经过开关选择和信号电平调整，输出并经过定向耦合器DC2进入雷达接收机。
图8为相位同步接收定标回路示意图。从调频信号源输出的信号经过定向耦合器DC3进入内定标器，在内定标器中经过开关选择和电平调整后，输出给天线定标网络，通过同步天线前的定向耦合器DC4进入天线馈电网络，再经由环形器进入雷达接收机。相位同步发射定标回路和相位同步接收定标回路结合参考定标回路一起，实现干涉SAR***相位同步链路的标定。
干涉SAR测量主要利用相位信息，通过内定标对***本身（除天线辐射阵面外）引入的相位误差进行标定，因此要求各个内定标回路的相位稳定性好，尽可能消除内定标本身引入的相位误差。除了上述设计外，本发明还采用稳相高频电缆、控制内定标器和定标回路高频电缆的工作温度范围、相位-温度曲线测试补偿等方法来提高内定标回路本身的相位稳定性。
构成内定标各个回路的内定标器内部各电路模块之间、以及内定标器与各单机之间互连的高频电缆均采用稳相电缆，稳相高频电缆可以避免常规高频电缆的相位拐点，而且其传输相位随温度变化的稳定性也更优。因此采用稳相高频电缆可以有效改善内定标回路的相位稳定性。
内定标回路的相位稳定性好坏直接与工作温度范围有关，环境温度变化越小，内定标回路的相位就越稳定。因此，为了保证内定标器和各单机之间互连高频电缆的相位稳定性，由卫星热控保证将内定标器单机的在轨工作温度范围控制在一个较小的温度范围内，并对定标互连电缆采取多层包覆，这可以为保证内定标回路的稳定性提供有力保障。
为了进一步提高内定标精度，在地面测试获取内定标器和定标电缆、以及天线子***定标网络功率合成端到内定标器之间定标电缆的传输幅相随温度的变化关系曲线，卫星在轨工作时测量内定标器和定标电缆的工作温度并打包到辅助数据下传，地面数据处理时对内定标器和定标电缆的传输幅相进行补偿，从而进一步减小内定标回路本身引入的定标误差。
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 (5)
1.一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、设计内定标器中内定标回路，使得参考定标回路覆盖全阵面发射定标回路与全阵面接收定标回路之和，减小能覆盖的残留路径，从而减小引入的残余相位误差；所述内定标回路包括单组件发射定标回路、单组件接收定标回路、参考定标回路、全阵面发射定标回路和全阵面接收定标回路；
步骤2、针对干涉合成孔径雷达***的相位同步链路设计相位同步定标回路，实现对干涉合成孔径雷达***的相位同步链路引入的相位误差的标定；
步骤3、将内定标器内部形成的各种内定标回路的一系列微波开关进行集成化设计，从而形成开关模块，缩短各种内定标回路的物理长度，提高内定标回路传输相位随温度变化的稳定性；
步骤4、在内定标器的单组件发射定标回路和单组件接收定标回路设置有源放大器，参考定标回路、全阵面发射定标回路与全阵面接收定标回路不使用有源放大器；
步骤5、在内定标器内部各电路模块之间、以及内定标器与各单机之间采用稳相高频电缆进行互连，改善内定标回路的相位稳定性；
步骤6、控制内定标器和定标电缆的工作温度；
步骤7、对内定标回路的稳定性进行补偿。
2.根据权利要求1所述的一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，其特征在于，所述步骤1包括：在内定标器中，将参考定标回路的“调频信号源端口→开关SW1→第一衰减→开关SW2”段与全阵面接收定标回路重合，参考定标回路的“开关SW4→第二衰减→雷达接收机端口”段与全阵面发射定标回路重合，只有“开关SW3”的参考定标回路没有被通过，为残余无法校正部分。
3.根据权利要求1所述的一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，其特征在于，所述步骤2包括：设计相位同步发射定标回路和相位同步接收定标回路，对相位同步链路的发射通道和接收通道进行标定。
4.根据权利要求1所述的一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，其特征在于，所述步骤6包括：由卫星热控保证将内定标器的单机的在轨工作温度范围控制在-5℃～+5℃的温度范围内，并对定标电缆采取多层包覆。
5.根据权利要求1所述的一种干涉合成孔径雷达***相位内定标方法，其特征在于，所述步骤7包括：在地面测试获取内定标器和定标电缆以及天线子***定标网络的功率合成端到内定标器之间定标电缆的传输幅相随温度的变化关系曲线，卫星在轨工作时测量内定标器和定标电缆的工作温度并打包到辅助数据下传，地面数据处理时对内定标器和定标电缆的传输幅相进行补偿，从而进一步减小内定标回路本身引入的定标误差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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