CN118011397A - 回波异常检测及补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回波异常检测及补偿方法，可以应用于雷达技术领域。该方法包括：对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图；根据第一频谱图和第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱；对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；根据相位斜率，确定偏移像素数；根据偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

Description

回波异常检测及补偿方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种回波异常检测及补偿方法。

背景技术

合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）因为其全天时全天候的工作能力，被广泛用于军事侦察、地形测绘以及环境监测等领域。

相关技术，通常利用回波相关法，检测接收到的相邻两回波之间在时间上的差异，即对相邻两回波做互相关操作，通过寻找互相关操作后的峰值点位置差异来矫正相邻回波之间在时间上的差异。但是其只能检测和矫正整数个采样点差异，不能检测小数个采样点的差异以及初始相位的差异，这都将对与回波对应的图像的质量带来负面影响，使图像出现散焦等影响图像质量的现象。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种回波异常检测及补偿方法、装置、设备、介质和程序产品。

根据本发明的第一个方面，提供了一种回波异常检测及补偿方法，上述方法包括：

对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数；

根据上述第一频谱图和上述第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱；

对上述自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；

对上述功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；

根据上述相位斜率，确定偏移像素数，其中，上述偏移像素数表征上述相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值；

根据上述偏移像素数对上述在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

本发明的第二方面提供了一种回波异常检测及补偿装置，上述装置包括：

第一得到模块，用于对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数；

第一确定模块，用于根据上述第一频谱图和上述第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱；

第二得到模块，用于对上述自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；

第二确定模块，用于对上述功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；

第三确定模块，用于根据上述相位斜率，确定偏移像素数，其中，上述偏移像素数表征上述相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值；

第三得到模块，用于根据上述偏移像素数对上述在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

本发明的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个计算机程序。上述一个或多个处理器执行上述一个或多个计算机程序以实现上述方法的步骤。

本发明的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序。上述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据本发明的实施例，在得到两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱后，通过对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；根据相位斜率，确定偏移像素数，可以得到小数个偏移像素数，即亚像素级别的偏移像素数，然后根据该偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列，可以实现亚像素级别的时间延迟补偿，大大减小时间延迟对补偿后的时间延迟补偿序列的影响，提高与时间延迟补偿序列对应的图像的质量。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿方法的应用场景图；

图2A示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间既存在时间延迟又存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图；

图2B示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间不存在时间延迟但存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图；

图2C示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间存在时间延迟但不存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图；

图2D示出了在理想情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图；

图3A示出了解缠绕前，相邻两回波的NCPS折叠相位和ANCPS折叠相位的示意图；

图3B示出了解缠绕后，相邻两回波的NCPS相位和ANCPS相位的示意图；

图3C示出了与图3B的区域301对应的NCPS相位和ANCPS相位的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿方法的流程图；

图5 A示出了根据本发明实施例的与N帧回波采样序列对应的各个偏移采样点数量的示意图；

图5B示出了根据本发明实施例的与图5A的区域501中的回波采样序列对应的各个偏移采样点数量的示意图；

图6示出了根据本发明另一实施例的回波异常检测及补偿方法的流程图；

图7A示出了根据本发明实施例的相位差序列包括的所有未解缠绕的相位差的示意图；

图7B示出了根据本发明实施例的与图7A的区域701对应的各个未解缠绕的相位差的示意图；

图8A示出了根据本发明实施例的与N帧回波采样序列对应的各个常数项相位误差随帧数的变化的示意图；

图8B示出了根据本发明实施例的与图8A的区域801对应的各个常数项相位误差随帧数的变化的示意图；

图9示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法检测出的异常位置与跳点数的示意图；

图10示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法对回波采样序列进行时间延迟补偿后，跳点误差的示意图；

图11示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法检测出的异常位置与相差的示意图；

图12示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法对回波采样序列进行相位补偿后，相差的示意图；

图13示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿装置的结构框图；

图14示出了根据本发明实施例的适于实现回波异常检测及补偿方法的电子设备的方框图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的***”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的***等）。

在本发明的技术方案中，所涉及的用户信息（包括但不限于用户个人信息、用户图像信息、用户设备信息，例如位置信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、存储、使用、加工、传输、提供、公开和应用等处理，均遵守相关法律法规和标准，采取了必要保密措施，不违背公序良俗，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。

在理想情况下，SAR成像算法中认为雷达***发射和接收的线性调频脉冲会保持高度相干性。但实际情况下，雷达***可能会因为***设计的缺陷，使发射和接收的线性调频脉冲之间存在线性相干异常，进而使与SAR回波对应的图像出现散焦等影响图像质量的现象。雷达***设计的缺陷例如可以为：数字***时序设计不鲁棒，导致发射或者接收的脉冲采样序列发生错位，即相邻脉冲之间产生时间上的移动，或DAC芯片和射频收发模块受到总***电磁环境干扰发生重置，导致发射或接收的脉冲存在较大的相位差异，即相邻脉冲之间产生时间上的移动和初始相位的改变。

SAR***在出厂前，通常会经过大量的测试和迭代来避免上述情况的发生，但并不能完全避免。因此，上述情况一旦发生，将给SAR图像质量带来严重的负面影响。且随着技术的发展，SAR有着低成本化的趋势，该问题在低成本SAR***中有着更明显的表现。为了解决该问题就需要通过算法来检测和修正由***带来的相干异常，即通过分析回波来检测异常所在并将其补偿。

相关技术，通常利用回波相关法，检测接收到的相邻两回波之间在时间上的差异，即对相邻两回波做互相关操作，通过寻找互相关操作后的峰值点位置差异来矫正相邻回波之间在时间上的差异。但是其只能检测和矫正整数个采样点差异，不能检测小数个采样点的差异以及初始相位的差异，这都将对与SAR回波对应的图像的质量带来负面影响，使图像出现散焦等影响图像质量的现象。

为了至少部分地解决相关技术中存在的技术问题，本发明的实施例提供了一种回波异常检测及补偿方法、装置、设备、介质和程序产品，可以应用于雷达技术领域。

本发明的实施例提供了一种回波异常检测及补偿方法，包括：对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数；根据第一频谱图和第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱；对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；根据相位斜率，确定偏移像素数，其中，偏移像素数表征相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值；根据偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

图1示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿方法的应用场景图。

如图1所示，根据该实施例的应用场景100可以包括第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103、网络104和服务器105。网络104用以在第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103中的至少一个通过网络104与服务器105交互，以接收或发送消息等。第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等（仅为示例）。

第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器105可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103所浏览的网站提供支持的后台管理服务器（仅为示例）。后台管理服务器可以对接收到的用户请求等数据进行分析等处理，并将处理结果（例如根据用户请求获取或生成的网页、信息、或数据等）反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明实施例所提供的回波异常检测及补偿方法一般可以由服务器105执行。相应地，本发明实施例所提供的回波异常检测及补偿装置一般可以设置于服务器105中。本发明实施例所提供的回波异常检测及补偿方法也可以由不同于服务器105且能够与第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本发明实施例所提供的回波异常检测及补偿装置也可以设置于不同于服务器105且能够与第一终端设备101、第二终端设备102、第三终端设备103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群中。

应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

以下将基于公式（1）至（5）及图2A至图2D，对理想情况下及***不稳定的情况下，SAR***所发出的两相邻脉冲之间的相干性进行分析，并给出在两相邻脉冲之间的相干性发生变化后，两相邻脉冲之间在时间及相位上的差异及变化规律。

根据本发明的实施例，理想情况下，SAR***所发出的第n个线性调频脉冲s _n （t）和第n+1个线性调频脉冲s _n+1（t）满足公式（1）中的表达式（假设初始相位为0）：

（1）

其中，T _r 为脉冲宽度，prf为脉冲重复频率，rect（）为门函数，f ₀为载频，K为调频率，t为绝对时间，j为虚数单位。

根据公式（1）可知，SAR***发出的两相邻脉冲之间满足公式（2）中的关系：

（2）

由公式（2）可知，SAR***发出的两相邻脉冲之间有固定为1/prf的时间延迟。令，可得：τ _n和τ _n+1有相同的取值范围。因此，可以令τ _n = τ _n+1 = τ，在忽略公式（1）中的载频和窗函数部分，理想的情况下，两相邻脉冲可以等效为公式（3）中的表达式：

(3)

其中，根据SAR基本原理，τ被称为快时间。

根据公式（3）可知，SAR***发射的两相邻脉冲应当具有高度的一致性，即忽略幅度变化，相位高度重合。

根据本发明的实施例，在***不稳定的情况下，例如数字***时序错位，或DA芯片和射频***受电磁环境干扰出现重置，SAR***发射的脉冲会从某一个脉冲开始发生变化，在忽略公式（1）中的载频和窗函数部分的情况下，两相邻脉冲之间的变化可以等效为公式（4）中的表达式：

(4)

此时，两相邻脉冲之间的关系如公式（5）所示：

(5)

其中，τ ₀和为常数，表征从某一脉冲开始，发射的脉冲会出现一个时间延迟τ ₀和一个初始相位/>的变化。

根据本发明的实施例，公式（5）之所以取约等于，是因为射频信号经过发射和接收链路会有噪声存在，即使消除了两相邻脉冲之间的时间延迟和初始相位误差也不可能完全一致。

图2A示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间既存在时间延迟又存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图。

在图2A中，两相邻脉冲之间的波形既发生了改变，在时间轴上也存在偏移。

图2B示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间不存在时间延迟但存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图。

在图2B中，两相邻脉冲之间的波形发生了改变，但在时间轴上没有偏移。

图2C示出了在SAR***发射的两相邻脉冲之间存在时间延迟但不存在初始相位差异的情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图。

在图2C中，两相邻脉冲的波形完全一致，在时间轴上有一个偏移。

图2D示出了在理想情况下，两相邻脉冲之间呈现的相干性的示意图。

由图2D可知，在理想情况下，SAR***发射的两相邻脉冲具有高度的一致性。

根据本发明的实施例，为方便描述这两种线性相干异常，可以将时间延迟简称为“时延”（或“跳点”），可以将初始相位差异简称为“相差”。其中，“跳点”为“时延”的另一种描述方式，

由图2A和图2C可知，在对SAR***发射的两相邻脉冲进行AD采样后，若发生了“时延”，体现就如图2A或图2C所示，与两相邻脉冲对应的回波采样序列就会发生偏移。可以把这种偏移形象的描述为跳跃，简称“跳点”，其单位是“个”，每跳一个点，时间偏移1/f _s ，其中，f _s 为采样率，其可以为小数。

根据本发明的实施例，出现上述图2A、图2B和图2C中的现象的原因是多种多样的，***的异常可能存在于发射端，也可能存在于接收端，根据不同的***会有所差异，但本质均可抽象为公式(5)所表现的那样。此时，雷达***进行静态自闭环采样，就会观察到如图2A、图2B或图2C所示的异常情况。

根据本发明的实施例，在由于***不稳定，产生线性相干异常的情况下，τ ₀和会随着时间（即脉冲的个数n）的变化而变化，导致向SAR图像方位向引入不同程度的相位误差，进而导致图像出现散焦、伪影，成像质量严重下降。但这种变化并不是毫无规律的，一般情况下，τ ₀和/>每次变化后会维持一定时长（即一定数量的脉冲）不变，一段时间后再次出现变化，几乎不会出现每两个脉冲之间的τ ₀和/>都不一致的情况。即τ ₀和/>呈阶梯状变化，而非无规律噪声状变化。

以下将基于公式（6）至（18）及图3A至图3C对本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法的基本原理进行说明。

根据本发明的实施例，由公式（1）至（5）及图2A至图2D可知，SAR回波异常检测及补偿的本质是检测和补偿τ ₀和。但当脉冲照射到地物上，然后被地物反射，被接收后，通常无法再获得发射时的线性调频信号，因此，只能利用与发射的脉冲对应的回波信号估计τ ₀和/>，并对其进行补偿。

根据本发明的实施例，当SAR***发射第个脉冲并被采集后，其回波可描述表示为公式（6）：

(6)

其中，S_n（τ）为第个发射脉冲的回波，s_n（τ）为第n个发射线性调频脉冲，h _n （τ）为将地物视为一个***时，该***的传递函数，为卷积符号。

根据本发明的实施例，公式（6）表明：回波为发射脉冲与地物***传递函数的卷积。同理，根据公式（7）可得第n+1个发射脉冲的回波S_n+1（τ）。

(7)。

根据本发明的实施例，在由于***原因，第n+1个发射脉冲发生线性相干异常的情况下，可以将公式(5)代入公式（7），得到公式（8）。

(8)。

根据本发明的实施例，由于相邻两个脉冲重复时间间隔极短，该时长内的地物***变化不大，可以认为与第个发射脉冲的回波对应的地物***和与第+1个发射脉冲的回波对应的地物***近似相等，符合公式（9）中的关系。

(9)。

根据本发明的实施例，根据卷积的代数性质和时移性质，将公式(6)代入公式（8）可进一步得到相邻两回波在公式（10）中的关系。

(10)。

根据本发明的实施例，根据公式（10）可知，相邻两回波之间也会存在一个时间延迟τ ₀，和一个常数项的相位误差。

根据本发明的实施例，本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法，可以基于公式(10)，分两步分别估计并补偿相邻两回波之间的τ ₀和，达到SAR回波线性相干异常检测和补偿的目的。

根据本发明的实施例，设回波S_n（τ）的傅里叶变换为F _n （ω），回波S_n+1（τ）的傅里叶变换为F _n+1（ω），根据傅里叶变换的时移性质，带入公式(10)，得到公式（11）。

(11)。

则回波S_n（τ）与回波S_n+1（τ）之间的归一化互功率谱(NCPS，Normalized Cross-Power Spectrum)可以表示为公式（12）。

(12)

其中，表示取复共轭。

根据本发明的实施例，令，，将公式(11)带入公式（12），得到公式（13）。

（13）

其中，

(14)

其中，A_n（ω）为第n个发射脉冲的回波在频域的幅值，为第n个发射脉冲的回波在频域的相位，A_n+1（ω）为第n+1个发射脉冲的回波在频域的幅值，/>为第n+1个发射脉冲的回波在频域的相位，H _n （ω）为理想的归一化互功率谱，/>为关于ω的高斯白噪声序列，N _p （ω）为由高斯白噪声序列产生的噪声项相位。

根据本发明的实施例，在忽略理想的归一化互功率谱相位H _n （ω）中的常数项相位误差φ ₀的情况下，理想的归一化互功率谱相位H _n （ω）满足公式（15）。

(15)

其中，μ为频率ω的偏移量。

根据本发明的实施例，由公式（14）可知，理想的归一化互功率谱NCPS即H _n （ω）的相位为一条关于频率轴ω的直线，其斜率为τ ₀。根据傅里叶变换的时移性质可知，时域平移等价于频域相移，只要能估计出该直线的斜率τ ₀，即可在频域进行时间延迟的检测和补偿。

根据本发明的实施例，根据公式(9)可知，在实际情况下，不同时刻的地物***虽然非常相近，但不是完全相等。另根据公式(5)可知，两相邻发射的脉冲，即使消除了时延和初始相位误差，由于收发链路的噪声，其波形也不会完全一致。所以，公式(13)中的即实际的NCPS的相位中会存在一定的噪声，即会多出N _p （ω）项，其中，在N _p （ω）项中，一般情况下为关于ω的高斯白噪声序列，对/>的相位进行解缠绕后，几乎不能还原成一条直线。所以需要对其相位进行去噪处理。

根据本发明的实施例，可以对公式(13)进行自相关操作，得到公式（16）中的自相关归一化互功率谱（ANCPS，Autocorrelated Normalized Cross-Power Spectrum）。

(16)。

根据本发明的实施例，将公式(13)和公式(15)代入公式（16），得到公式（17）。

（17）。

根据本发明的实施例，根据公式（17）可知，为理想的归一化互功率谱H _n （ω）的复共轭。公式（17）的方括号内的表达式为高斯噪声信号的自相关，而高斯白噪声信号自相关后为一个在原点为σ²的冲击函数，噪声能量会被压缩至一点，可以间接实现去噪的目的。此时，/>与理想的NCPS的复共轭/>几乎等价，因此，只需要对/>进行相位提取并解缠绕即可近似获得理想NCPS的相位。

根据本发明的实施例，为快速得到ANCPS，根据卷积的性质，可利用傅里叶变换在频域复共轭相乘的方式得到。

图3A示出了解缠绕前，相邻两回波的NCPS折叠相位和ANCPS折叠相位的示意图。图3B示出了解缠绕后，相邻两回波的NCPS相位和ANCPS相位的示意图。图3C示出了与图3B的区域301对应的NCPS相位和ANCPS相位的示意图。

根据图3A至图3C可知，NCPS经过自相关得到ANCPS后，归一化互功率谱相位噪声得到明显去除。根据图3B和图3C可知，解缠绕后的ANCPS相位能观察到明显直线。

根据本发明的实施例，在得到ANCPS即后，可以提取其折叠相位并解缠绕，得到公式（18）中的自相关归一化互功率谱相位φ（ω）。

(18)

其中，表示取一个复数序列的折叠相位并解缠绕。

根据本发明的实施例，可以利用最小二乘法对线性相位φ（ω）进行最优估计，得到与线性相位φ（ω）对应的线性表达式。其中，φ（ω）关于ω的斜率可以设为a_n，遍历所有相邻脉冲可以获得a_n的序列，若SAR***工作正常，a_n会收敛在一个较小的范围内，并在该范围内缓慢变化，当其中出现异常值时，即可判定出在该处出现了线性相干异常，至此完成相干异常的检测，后续就可以基于该异常值对时间延迟进行补偿。

以下将基于公式（19）至公式（37）以及图4至图8B，以实际回波采样出发，对本发明实施例提供回波异常检测及补偿方法的具体步骤进行详细说明。

图4示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿方法的流程图。

如图4所示，该实施例的回波异常检测及补偿方法包括操作S410~操作S460。

在操作S410，对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数。

根据本发明的实施例，回波采样序列表征对SAR发射的每个脉冲进行接收采样后，得到的在时间域上离散的数字信号。

根据本发明的实施例，第一频谱图表征对相邻两个回波采样序列中的在前回波采样序列进行快速傅里叶变换后，得到的频谱图。第二频谱图表征对相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列进行快速傅里叶变换后，得到的频谱图。

根据本发明的实施例，接收在前回波采样序列的时间早于接收在后回波采样序列的时间。

根据本发明的实施例，SAR接收的第n帧回波采样序列可以为：S_n（m），n=1，2，3，…，N，m=1，2，3，…，M。其中，N为接收的脉冲数量，M为每个脉冲的采样数量，N和M均为大于1的整数，n为大于等于1小于等于N的整数，m为大于等于1小于等于M的整数。

根据本发明的实施例，N和M可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，N可以为10000、30000或50000等，M可以为20000、60000或100000等。

根据本发明的实施例，在得到相邻两回波采样序列S_n（m）和S_n+1（m）后，可以根据公式（19）分别进行FFT（快速傅里叶变换），得到与第n帧回波采样序列S_n（m）（即在前回波采样序列）对应的第一频谱图F_n（m），以及与第n+1帧回波采样序列S_n+1（m）（即在后回波采样序列）对应的第二频谱图F_n+1（m）。

(19)。

在操作S420，根据第一频谱图和第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱。

根据本发明的实施例，可以先计算第一频谱图和第二频谱图之间的归一化互功率谱，然后再利用FFT在频域对归一化互功率谱进行自相关运算，计算得到自相关归一化互功率谱。

在操作S430，对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列。

根据本发明的实施例，可以先计算自相关归一化互功率谱的折叠相位，再对折叠相位进行解缠绕，得到功率谱相位序列。

在操作S440，对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率。

根据本发明的实施例，可以利用最小二乘对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，得到与功率谱相位序列对应的线性表达式，根据线性表达式确定相位斜率。

根据本发明的实施例，在频域中，相位斜率的单位为弧度，相位斜率的变化，反应了，在时域中，在后回波采样序列相较于在前回波采样序列的时间延迟。

在操作S450，根据相位斜率，确定偏移像素数，其中，偏移像素数表征相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值。

根据本发明的实施例，可以将周期相位与脉冲的采样数量M相除后，得到在后回波采样序列相较于在前回波采样序列每延迟与一个采样点对应的时长，单位斜率变化量。然后将相位斜率与该单位斜率变化量相除，得到偏移像素数。

根据本发明的实施例，根据相位斜率，确定偏移像素数，可以确定出在后回波采样序列相较于在前回波采样序列“偏移”了多少像素，即“跳点”个数。

根据本发明的实施例，根据相位斜率，确定偏移像素数，还可以确定出相邻两回波采样序列之间偏移的小数个偏移像素数，即小于整数个采样点的偏移像素量。由于偏移像素数乘以1/f _s 为相邻两回波采样序列之间的时间延迟，因此，小数个偏移像素数可以反应与小于整数个采样点对应的时长的时间延迟量。

根据本发明的实施例，第一预设值可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，第一预设值可以为0。

在操作S460，根据偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

根据本发明的实施例，在得到两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱后，通过对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；根据相位斜率，确定偏移像素数，可以得到小数个偏移像素数，即亚像素级别的偏移像素数，然后根据该偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列，可以实现亚像素级别的时间延迟补偿，大大减小时间延迟对补偿后的时间延迟补偿序列的影响，提高与时间延迟补偿序列对应的图像的质量。

根据本发明的实施例，针对如图4所示的操作S420，根据第一频谱图和第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱，可以包括如下操作：

根据第一频谱图和第二频谱图，确定归一化互功率谱；

对归一化互功率谱进行自相关运算，确定自相关归一化互功率谱。

根据本发明的实施例，在n大于等于2的情况下，可以根据公式（20），计算得到相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱。

(20)。

根据本发明的实施例，在n大于等于2的情况下，可以根据公式（21）对公式（20）计算得到的归一化互功率谱进行自相关运算，得到自相关归一化互功率谱。

（21）。

根据本发明的实施例，在n大于等于2的情况下，可以根据公式（22）对公式（21）计算得到的自相关归一化互功率谱求折叠相位并解缠绕，得到功率谱相位序列φ _n （m）。

(22)。

根据本发明的实施例，可以利用最小二乘对功率谱相位序列进行拟合，得到相位斜率。

根据本发明的实施例，可以根据公式（23）计算得到相位斜率。

（23）。

根据本发明的实施例，针对如图4所示的操作S450，根据相位斜率，确定偏移像素数，可以包括如下操作：

根据每个回波采样序列的采样点数和周期相位，确定单位斜率变化量；

根据相位斜率和单位斜率变换量，确定偏移像素数。

根据本发明的实施例，可以根据公式（24）计算得到单位斜率变化量Δa。

(24)

其中，周期相位为2π。

根据本发明的实施例，基于离散傅里叶变换的时移性质可知，单位斜率变化量Δa表征在后回波采样序列每向右移动一个采样点，即在后回波采样序列相较于在前回波采样序列每延迟与一个采样点对应的时长，斜率的变化量。

根据本发明的实施例，由公式（24）可知，与回波采样序列对应的频域信息的线性相位的斜率每变化Δa，S_n（m）序列便会向右移动一个采样点，即时间延迟1/f _s 。

根据本发明的实施例，为减少换算过程，可以以采样点为单位，计算两回波采样序列之间的“跳点”个数，即偏移像素数，其中，偏移像素数可以为小数。

根据本发明的实施例，在n大于等于2的情况下，可以基于公式（25），根据相位斜率，计算得到偏移像素数。

(25)。

根据本发明的实施例，由于不存在与第1个回波采样序列对应的在前回波采样序列，可以将与第1个回波采样序列对应的偏移像素数定义为0，即P（1）=0。

根据本发明的实施例，遍历完N个回波采样序列中的所有回波采样序列后，可以得到每个回波采样序列相对于上一个回波采样序列偏移了多少像素，即“跳点”个数，得到N个偏移像素数，即N个偏移采样点数量。

根据本发明的实施例，根据每个回波采样序列的采样点数和周期相位，确定单位斜率变化量；根据相位斜率和单位斜率变换量，确定偏移像素数，可以确定出小于整个采样点数的偏移像素数，确定出亚像素级别的像素偏移量。

图5A示出了根据本发明实施例的与N帧回波采样序列对应的各个偏移采样点数量的示意图。图5B示出了根据本发明实施例的与图5A的区域501中的回波采样序列对应的各个偏移采样点数量的示意图。

在图5A和图5B中，点划线为在相邻两个回波采样序列均为正常回波的情况下，各个偏移采样点数量的示意图。实线为在相邻两个回波采样序列之间存在时间延迟，即为异常回波的情况下，各个偏移采样点数量的示意图。

根据图5A和图5B可知，在***工作平稳的情况下，脉冲之间的相对采样点偏移量相对平稳，即相邻两个回波采样序列之间的偏移像素数相对稳定，虽然会根据实际工作参数及其地物有所改变，但普遍在0.1个采样点之内，即在0.1个像素之内。在***工作不稳定时，采样点偏移数量将出现非常明显的跳变，即偏移像素数将出现非常明显的跳变，此时，可根据此特性进行异常检测和补偿。

根据本发明的实施例，针对如图4所述的操作S460，根据偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列，可以包括如下操作：

根据与N个回波采样序列一一对应的N个偏移像素数，确定偏移像素数方差和偏移像素数均值；

根据偏移像素数方差和偏移像素数均值，从N个偏移像素数中确定异常偏移像素数；

对与异常偏移像素数相邻的两个偏移像素数进行线性差值，得到修正偏移像素数；

将N个偏移像素数中的异常偏移像素数替换为修正偏移像素数，得到修正偏移像素数序列；

根据N个偏移像素数和修正偏移像素数序列，确定目标补偿像素数序列；

根据目标补偿像素数序列包括的与在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

根据本发明的实施例，可以基于3σ原则对N个偏移像素数进行异常偏移像素数的定位，即计算出N个偏移像素数的偏移像素数方差和偏移像素数均值μ _p ，然后根据σ _p 和μ _p 进行异常偏移像素数定位。

根据本发明的实施例，可以在N个偏移像素数中的任意一个偏移像素数P（k）满足公式（26）的情况下，将该偏移像素数确定为异常偏移像素数。

(26)

其中， n _σp 为第一缩放系数，k为大于等于1小于等于N的整数。

根据本发明的实施例，n _σp 可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，n _σp 可以为3、5或7等。

根据本发明的实施例，在P（k）满足公式（26）的情况下，即代表第帧回波采样序列存在“跳点”现象。

根据本发明的实施例，遍历与各个回波采样序列各自对应的偏移像素数，若满足公式(26)，删除P（k）的值，并利用线性插值估计该点实际应该偏移的像素数量，即修正偏移像素数，并将该点的异常偏移像素数用修正偏移像素数替代，以此生成修正偏移像素数序列。

根据本发明的实施例，根据N个偏移像素数和修正偏移像素数序列，确定目标补偿像素数序列包括：

根据N个偏移像素数，构建偏移像素数序列；

将偏移像素数序列与修正偏移像素数序列相减，得到初始补偿像素数序列；

针对第n个在后回波采样序列，根据初始补偿像素数序列包括的前n个初始补偿像素数，确定与第n个在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

根据本发明的实施例，可以根据接收N个回波采样序列的时间，对与N个回波采样序列各自对应的N个偏移像素数进行排序，得到偏移像素数序列，其中，接收时间越早排序越靠前。

根据本发明的实施例，可以根据公式（27）得到初始补偿像素数序列P _e （n）。

(27)。

根据本发明的实施例，根据初始补偿像素数序列P _e （n）可以获得线性相干异常发生的位置，即从第多少帧回波采样序列开始发生了线性异常相干，以及其“跳点”个数，并可以将其作为算法补偿的依据。

根据本发明的实施例，可以针对第n个在后回波采样序列，对初始补偿像素数序列P _e （n）包括的前n个初始补偿像素数求和，得到与第n个在后回波采样序列对应的目标补偿像素数。

根据本发明的实施例，可以根据公式（28）得到与第n个在后回波采样序列对应的目标补偿像素数P _c （n）。

(28)

其中，i为大于等于1小于等于n的整数。

根据本发明的实施例，根据目标补偿像素数序列包括的与在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列包括根据公式（29）得到时间延迟补偿序列。

（29）

其中，为在将S_n（m）作为在后回波采样序列的情况下，对S_n（m）进行时间延迟补偿后的时间延迟补偿序列。

根据本发明的实施例，在根据公式（29）对N帧回波采样序列分别进行时间延迟补偿后，得到与N帧回波采样序列各自对应的时间延迟补偿序列，得到N个时间延迟补偿序列。

根据本发明的实施例，在根据公式（29）对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列后，可以实现对在后回波采样序列进行亚像素级别的时间延迟补偿，实现从图2A到图2B的转变。

图6示出了根据本发明另一实施例的回波异常检测及补偿方法的流程图。

如图6所示，该实施例的回波异常检测及补偿方法包括操作S610~操作S630。

根据本发明的实施例，针对如图4所示的回波异常检测及补偿方法，还可以包括操作S610~操作S630。

在操作S610，对N个时间延迟补偿序列中的任意相邻两个时间延迟补偿序列进行复共轭相乘，确定相位差序列，其中，相位差序列包括的每个相位差表征相邻两个时间延迟补偿序列中的在后时间延迟补偿序列的相位相较于在前时间延迟补偿序列偏移的相位量，与第1个时间延迟补偿序列对应的相位差序列包括的各个相位差值为第二预设值。

根据本发明的实施例，第二预设值可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，第二预设值可以为0。

根据本发明的实施例，在相邻两个时间延迟补偿序列中，与在后时间延迟补偿序列对应的回波采样序列的采集时间，晚于与在前时间延迟补偿序列对应的回波采样序列的采集时间。

根据本发明的实施例，第1个时间延迟补偿序列表征N个时间延迟补偿序列中的与第1个回波采样序列对应的时间延迟补偿序列。

根据本发明的实施例，相位差序列包括与各个采样点各自对应的相位差。每个相位差表征在与该相位差对应的采样点，相邻两个时间延迟补偿序列中的在后时间延迟补偿序列的相位相较于在前时间延迟补偿序列偏移的相位。

根据本发明的实施例，在对回波采样序列进行时间延迟补偿后，基于公式（10）可知，相邻两个时间延迟补偿序列满足公式（30）中的关系。

(30)

其中，为与第n+1个回波采样序列对应的时间延迟补偿序列，/>为第n个回波采样序列对应的时间延迟补偿序列。相邻两个时间延迟补偿序列之间的常数项的相位误差为/>。

根据本发明的实施例，根据公式（30）可知，在相邻的回波采样序列之间存在线性相干异常，并进行“跳点”补偿（时间延迟补偿）后，得到的相邻两个时间延迟补偿序列之间只会存在一个常数项的相位误差，即“相差”。

根据本发明的实施例，在n大于等于2的情况下，可以根据公式（31）计算得到相邻两个时间延迟补偿序列之间的相位差序列。

(31)。

根据本发明的实施例，在n等于1的情况下，由于不存在与第1个时间延迟补偿序列对应的在前时间延迟补偿序列，因此，可以将与第1个时间延迟补偿序列对应的相位差序列中的各个相位差定义为0，即。

在操作S620，对相位差序列包括的各个相位差求均值，得到常数项相位误差。

根据本发明的实施例，在***工作正常情况下，经过对大量实际与SAR回波采样序列对应的时间延迟补偿序列进行分析发现，若对相邻时间延迟补偿序列之间做复共轭相乘，得到的相位差序列中的相位差值虽然含有大量噪声，但其明显存在一个主值。

图7A示出了根据本发明实施例的相位差序列包括的所有未解缠绕的相位差的示意图。图7B示出了根据本发明实施例的与图7A的区域701对应的各个未解缠绕的相位差的示意图。

根据图7A和图7B可知，各个采样点的相位差都在均值左右徘徊。因此，可以将的均值作为两回波之间的常数项相位差。

例如，可以对与第1个时间延迟补偿序列对应的相位差序列包括的各个相位差值求均值，得到与第1个时间延迟补偿序列对应的常数项相位误差，其中，与第1个时间延迟补偿序列对应的常数项相位误差为0。对与第2个时间延迟补偿序列对应的相位差序列/>包括的各个相位差值求均值，得到与第2个时间延迟补偿序列对应的常数项相位误差。

根据本发明的实施例，可以根据公式（32）计算得到常数项相位误差。

（32）。

在操作S630，根据常数项相位误差对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列。

根据本发明的实施例，通过对N个时间延迟补偿序列中的任意相邻两个时间延迟补偿序列进行复共轭相乘，确定相位差序列对相位差序列包括的各个相位差求均值，得到常数项相位误差，得到相邻两个时间延迟补偿序列中的在后时间延迟补偿序列的相位相较于在前时间延迟补偿序列偏移的平均相位量，根据常数项相位误差对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列，提高与目标回波采样序列对应的图像的质量。

根据本发明的实施例，根据常数项相位误差对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列包括：

根据与N个回波采样序列一一对应的N个常数项相位误差，确定偏移相位方差和偏移相位均值；

根据偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差；

对与异常相位误差相邻的两个常数项相位误差进行线性差值，得到修正相位误差；

将N个常数项相位误差中的异常相位误差替换为修正相位误差，得到修正相位误差序列；

根据N个常数项相位误差和修正相位误差序列，确定目标补偿相位序列；

根据目标补偿相位序列包括的与在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列。

图8A示出了根据本发明实施例的与N帧回波采样序列对应的各个常数项相位误差随帧数的变化的示意图。图8B示出了根据本发明实施例的与图8A的区域801对应的各个常数项相位误差随帧数的变化的示意图。

在图8A和图8B中，点划线为在***工作正常的情况下，常数项相位误差随回波采样序列帧数n的变化，实线为在出现线性相干异常的情况下，常数项相位误差随回波采样序列帧数n的变化。

根据图8A和图8B可知，c（n）的变化与P（n）的变化类似，即在雷达***工作正常时，c（n）随帧数n的变化并不剧烈且有规律，基本在几度以内。在雷达***工作异常而产生线性相干异常时，c（n）序列会产生跳变，可以通过比较c（n）序列中的各个值找到离群值。但与P（n）不同的是，c（n）在可接受的范围内，其变化并不是趋于一条直线。即筛选离群值时直接使用3σ原则可能会误检出非离群值，适当放宽到5σ时又会漏检许多离群值。因此，可以先过滤c（n）构成的曲线的低频成分保留高频成分，将曲线“拉直”再进行筛选离群值，然后再根据离群值对相位进行补偿。

根据本发明的实施例，根据与N个时间延迟补偿序列一一对应的N个常数项相位误差，确定偏移相位方差和偏移相位均值包括：

根据N个常数项相位误差，构建常数项相位差序列；

对常数项相位差序列进行高通滤波，得到高频相位序列；

根据高频相位序列，确定偏移相位方差和偏移相位均值。

根据本发明的实施例，由于N个时间延迟补偿序列与N个回波采样序列一一对应，N个常数项相位误差与N个时间延迟补偿序列一一对应，因此，N个常数项相位误差与N个回波采样序列一一对应。

根据本发明的实施例，可以根据接收N个回波采样序列的时间，对与N个回波采样序列一一对应的N个常数项相位误进行排序，得到常数项相位差序列，其中，接收时间越早排序越靠前。

根据本发明的实施例，可以根据公式（33）对常数项相位差序列C（n）进行高通滤波，得到高频相位序列。

（33）

其中，rect（）为门函数，D为门宽度，1≤D≤N，C _h （n）为过滤后的高频相位序列。

根据本发明的实施例，D可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，D可以为0.8×N、0.85×N或0.9×N。

根据本发明的实施例，可以计算出高频相位序列C _h （n）包括个N个高频相位的方差和均值μ _c，然后将高频相位序列C _h （n）的方差/>作为偏移相位方差，将高频相位序列C _h （n）的均值μ _c作为偏移相位均值。

根据本发明的实施例，对常数项相位差序列进行高通滤波，得到高频相位序列，实现过滤C(n)曲线的低频成分保留高频成分，将曲线C（n） “拉直”，然后再根据高频相位序列，确定偏移相位方差和偏移相位均值，可以得到较适用于从N个常数项相位误差中筛选异常相位误差的偏移相位方差和偏移相位均值，避免漏检或者误检异常相位误差。

根据本发明的实施例，根据偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差包括：

根据高频相位序列包括的与N个常数项相位误差各自对应的高频相位、偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差。

根据本发明的实施例，可以根据σ_c和μ _c，基于3σ原则对N个常数项相位误差进行异常相位误差的定位。

根据本发明的实施例，根据高频相位序列包括的与N个常数项相位误差各自对应的高频相位、偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差包括根据公式（34）确定异常相位误差。

(34)

其中，n _σc 为第二缩放系数，C _h （k）为高频相位序列中的任一个高频相位。

根据本发明的实施例，n _σc 可以根据实际情况进行选择，在此不作限定。例如，n _σc 可以为3、4、5或7等。

根据本发明的实施例，在n _σc 满足公式（34）的情况下，表征第帧回波采样序列存在线性相干异常，即与第k帧回波采样序列对应的常数项相位误差C（k）为异常相位误差。

根据本发明的实施例，若C _h （k）满足公式(34)，删除C（n）中的C（k）的值，并利用线性插值估计该k点实际应该偏移的相位误差，即修正相位误差，并将该点的异常相位误差用修正相位误差替代，以此生成新的偏移量序列，即修正相位误差序列C _r （k）。

根据本发明的实施例，通过公式(26)和公式(34)计算了两次线性相干异常发生的位置，其本质是因为：公式(26)是计算时间延迟的偏差发生的位置，公式(34)是计算异常相位误差的位置，它们发生的位置可能不一致，所以要单独进行计算。

根据本发明的实施例，根据N个常数项相位误差和修正相位误差序列，确定目标补偿相位序列包括：

根据N个常数项相位误差，构建常数项相位误差序列；

将常数项相位误差序列与修正相位误差序列相减，得到初始补偿相位序列；

针对第n个在后时间延迟补偿序列，根据初始补偿相位序列包括的前n个初始补偿相位，确定与第n个在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

根据本发明的实施例，可以根据接收N个回波采样序列的时间，对与N个回波采样序列各自对应的N个常数项相位误差进行排序，得到常数项相位误差序列，其中，接收时间越早排序越靠前。

根据本发明的实施例，可以根据公式（35）得到初始补偿相位序列C _e （n）。

(35)。

根据本发明的实施例，可以根据公式（34）获得线性相干异常发生的位置(即异常相位误差位置)以及根据公式（35）确定其误差量，并将该误差量作为算法补偿的依据。

根据本发明的实施例，可以针对第n个在后时间延迟补偿序列，对初始补偿相位序列C _e （n）包括的前n个初始补偿相位求和，得到与第n个在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位。

根据本发明的实施例，可以根据公式（36）得到与第n个在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位C _c （n）。

(36)。

根据本发明的实施例，根据目标补偿相位序列包括的与在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列包括根据公式（37）得到目标回波采样序列。

(37)。

根据本发明的实施例，在根据公式（37）对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列后，可以实现从图2B到图2D的转变。

以下将根据表1及图9至图12，对本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法进行实验验证。

在实验中，采用半物理仿真的方式验证本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法的有效性及性能指标，即通过对真实雷达回波添加已知的随机“时延”参数和“相差”参数，使回波产生线性相干异常，然后使用本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法进行补偿，观察检测出的“时延”参数和“相差”参数，和补偿后的成像质量。

仿真参数如表1所示。

表1

根据表1可知，在实验中，模拟在整个SAR***工作过程中，SAR***一共发射的32768个脉冲，每个脉冲采样40960个点，其中,一共发生线性相干异常15次，每次“跳点”的个数随机分布在-10个到10个不等，每次“相差”随机分布在-180°到180°不等。

图9示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法检测出的异常位置与跳点数的示意图。图10示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法对回波采样序列进行时间延迟补偿后，跳点数的示意图。图11示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法检测出的异常位置与相差的示意图。图12示出了根据本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法对回波采样序列进行相位补偿后，相差的示意图。

在图9和图10中，横坐标为回波采样序列的帧序号（即帧数），纵坐标为跳点数。在图11和图12中，横坐标为回波采样序列的帧序号，纵坐标为相差。

在图9中，点划线为添加的跳点数，实线为补偿的跳点数，其做差后得到图10中的实线图，即补偿后的跳点数。

由图10可以看出，补偿后，补偿后的跳点数可控制在±0.02个点以内，即0.02个像素以内。同理，对于“相差”的补偿结果可看图11及图12，补偿后，补偿后的相差除个别在-4°，大多数控制在±1°以内。

由图9至图12可知，本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法根据相邻SAR回波的高相似性，检测线性相干异常发射位置与程度，最终可实现亚像素级的跳点补偿和相差补偿，将“跳点”控制在±0.02个采样点以内，相位误差控制在±1°之内。可满足由于SAR***缺陷导致回波产生线性相干异常的检测和矫正需求，即用算法解决硬件带来的问题，可以为低成本SAR应用提供有力支持，表明本发明实施例提供的回波异常检测及补偿方法具有较强的实用及适用性。

需要说明的是，本发明实施例中的流程图所示的操作除非明确说明不同操作之间存在执行的先后顺序，或者不同操作在技术实现上存在执行的先后顺序，否则，多个操作之间的执行顺序可以不分先后，多个操作也可以同时执行。

基于上述回波异常检测及补偿方法，本发明还提供了一种回波异常检测及补偿装置。以下将结合图13对该装置进行详细描述。

图13示出了根据本发明实施例的回波异常检测及补偿装置的结构框图。

如图13所示，该实施例的回波异常检测及补偿装置1300包括第一得到模块1310、第一确定模块1320、第二得到模块1330、第二确定模块1340、第三确定模块1350和第三得到模块1360。

第一得到模块1310，用于对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数。在一实施例中，第一得到模块1310可以用于执行前文描述的操作S410，在此不再赘述。

第一确定模块1320，用于根据第一频谱图和第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱。在一实施例中，第一确定模块1320可以用于执行前文描述的操作S420，在此不再赘述。

第二得到模块1330，用于对自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列。在一实施例中，第二得到模块1330可以用于执行前文描述的操作S430，在此不再赘述。

第二确定模块1340，用于对功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率。在一实施例中，第二确定模块1340可以用于执行前文描述的操作S440，在此不再赘述。

第三确定模块1350，用于根据相位斜率，确定偏移像素数，其中，偏移像素数表征相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值。在一实施例中，第三确定模块1350可以用于执行前文描述的操作S450，在此不再赘述。

第三得到模块1360，用于根据偏移像素数对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。在一实施例中，第三得到模块1360可以用于执行前文描述的操作S460，在此不再赘述。

根据本公开的实施例，第三得到模块包括第一确定子模块、第二确定子模块、第一得到子模块、第二得到子模块、第三确定子模块和第三得到子模块。

第一确定子模块，用于根据与N个回波采样序列一一对应的N个偏移像素数，确定偏移像素数方差和偏移像素数均值。

第二确定子模块，用于根据偏移像素数方差和偏移像素数均值，从N个偏移像素数中确定异常偏移像素数。

第一得到子模块，用于对与异常偏移像素数相邻的两个偏移像素数进行线性差值，得到修正偏移像素数。

第二得到子模块，用于将N个偏移像素数中的异常偏移像素数替换为修正偏移像素数，得到修正偏移像素数序列。

第三确定子模块，用于根据N个偏移像素数和修正偏移像素数序列，确定目标补偿像素数序列。

第三得到子模块，用于根据目标补偿像素数序列包括的与在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，对在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

根据本公开的实施例，第三确定子模块包括第一构建单元、第一得到单元和第一确定单元。

第一构建单元，用于根据N个偏移像素数，构建偏移像素数序列。

第一得到单元，用于将偏移像素数序列与修正偏移像素数序列相减，得到初始补偿像素数序列。

第一确定单元，用于针对第n个在后回波采样序列，根据初始补偿像素数序列包括的前n个初始补偿像素数，确定与第n个在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

根据本公开的实施例，第三确定模块包括第四确定子模块和第五确定子模块。

第四确定子模块，用于根据每个回波采样序列的采样点数和周期相位，确定单位斜率变化量。

第五确定子模块，用于根据相位斜率和单位斜率变换量，确定偏移像素数。

根据本公开的实施例，第一确定模块包括第六确定子模块和第七确定子模块。

第六确定子模块，用于根据第一频谱图和第二频谱图，确定归一化互功率谱；

第七确定子模块，用于对归一化互功率谱进行自相关运算，确定自相关归一化互功率谱。

根据本公开的实施例，回波异常检测及补偿装置还包括第四确定模块、第四得到模块和第五得到模块。

第四确定模块，用于对N个时间延迟补偿序列中的任意相邻两个时间延迟补偿序列进行复共轭相乘，确定相位差序列，其中，相位差序列包括的每个相位差表征相邻两个时间延迟补偿序列中的在后时间延迟补偿序列的相位相较于在前时间延迟补偿序列偏移的相位量，与第1个时间延迟补偿序列对应的相位差序列包括的各个相位差为第二预设值。

第四得到模块，用于对相位差序列包括的各个相位差求均值，得到常数项相位误差。

第五得到模块，用于根据常数项相位误差对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列。

根据本公开的实施例，第五得到模块包括偏移相位方差和均值确定子模块、异常相位误差确定子模块、修正相位误差得到子模块、修正相位误差序列得到子模块、目标补偿相位序列确定子模块和目标回波采样序列得到子模块。

偏移相位方差和均值确定子模块，用于根据与N个时间延迟补偿序列一一对应的N个常数项相位误差，确定偏移相位方差和偏移相位均值。

异常相位误差确定子模块，用于根据偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差。

修正相位误差得到子模块，用于对与异常相位误差相邻的两个常数项相位误差进行线性差值，得到修正相位误差。

修正相位误差序列得到子模块，用于将N个常数项相位误差中的异常相位误差替换为修正相位误差，得到修正相位误差序列；

目标补偿相位序列确定子模块，用于根据N个常数项相位误差和修正相位误差序列，确定目标补偿相位序列；

目标回波采样序列得到子模块，用于根据目标补偿相位序列包括的与在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，对在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列。

根据本公开的实施例，目标补偿相位序列确定子模块包括第二构建单元、第二得到单元和第二确定单元。

第二构建单元，用于根据N个常数项相位误差，构建常数项相位误差序列。

第二得到单元，用于将常数项相位误差序列与修正相位误差序列相减，得到初始补偿相位序列。

第二确定单元，用于针对第n个在后时间延迟补偿序列，根据初始补偿相位序列包括的前n个初始补偿相位，确定与第n个在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

根据本公开的实施例，偏移相位方差和均值确定子模块包括第三构建单元、第三得到单元和第三确定单元。

第三构建单元，用于根据N个常数项相位误差，构建常数项相位差序列。

第三得到单元，用于对常数项相位差序列进行高通滤波，得到高频相位序列。

第三确定单元，用于根据高频相位序列，确定偏移相位方差和偏移相位均值。

根据本公开的实施例，异常相位误差确定子模块包括第四确定单元。

第四确定单元，用于根据高频相位序列包括的与N个常数项相位误差各自对应的高频相位、偏移相位方差和偏移相位均值，从N个常数项相位误差中确定异常相位误差。

根据本发明的实施例，第一得到模块1310第一确定模块1320、第二得到模块1330、第二确定模块1340、第三确定模块1350和第三得到模块1360中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，第一得到模块1310第一确定模块1320、第二得到模块1330、第二确定模块1340、第三确定模块1350和第三得到模块1360中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列（FPGA）、可编程逻辑阵列（PLA）、片上***、基板上的***、封装上的***、专用集成电路（ASIC），或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，第一得到模块1310第一确定模块1320、第二得到模块1330、第二确定模块1340、第三确定模块1350和第三得到模块1360中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。

图14示出了根据本发明实施例的适于实现回波异常检测及补偿方法的电子设备的方框图。

如图14所示，根据本发明实施例的电子设备1400包括处理器1401，其可以根据存储在只读存储器（ROM）1402中的程序或者从存储部分1408加载到随机访问存储器（RAM）1403中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1401例如可以包括通用微处理器（例如CPU）、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器（例如，专用集成电路（ASIC））等等。处理器1401还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1401可以包括用于执行根据本发明实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。

在RAM 1403中，存储有电子设备1400操作所需的各种程序和数据。处理器 1401、ROM 1402以及RAM 1403通过总线1404彼此相连。处理器1401通过执行ROM 1402和/或RAM1403中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 1402和RAM 1403以外的一个或多个存储器中。处理器1401也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本发明实施例的方法流程的各种操作。

根据本发明的实施例，电子设备1400还可以包括输入/输出（I/O）接口1405，输入/输出（I/O）接口1405也连接至总线1404。电子设备1400还可以包括连接至输入/输出（I/O）接口1405的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1406；包括诸如阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）等以及扬声器等的输出部分1407；包括硬盘等的存储部分1408；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1409。通信部分1409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1410也根据需要连接至输入/输出（I/O）接口1405。可拆卸介质1411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1408。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/***中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/***中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本发明实施例的方法。

根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本发明的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 1402和/或RAM 1403和/或ROM 1402和RAM 1403以外的一个或多个存储器。

本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机***中运行时，该程序代码用于使计算机***实现本发明实施例所提供的回波异常检测及补偿方法。

在该计算机程序被处理器1401执行时执行本发明实施例的***/装置中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的***、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分1409被下载和安装，和/或从可拆卸介质1411被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1411被安装。在该计算机程序被处理器1401执行时，执行本发明实施例的***中限定的上述功能。根据本发明的实施例，上文描述的***、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。

根据本发明的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，python，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（LAN）或广域网（WAN），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种回波异常检测及补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

对N个回波采样序列中的任意相邻两个回波采样序列分别进行快速傅里叶变换，得到第一频谱图和第二频谱图，其中，N为正整数；

根据所述第一频谱图和所述第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱；

对所述自相关归一化互功率谱解相位，得到功率谱相位序列；

对所述功率谱相位序列包括的各个功率谱相位进行拟合，确定相位斜率；

根据所述相位斜率，确定偏移像素数，其中，所述偏移像素数表征所述相邻两个回波采样序列中的在后回波采样序列相较于在前回波采样序列偏移的像素数，与第一个回波采样序列对应的偏移像素数为第一预设值；

根据所述偏移像素数对所述在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏移像素数对所述在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到时间延迟补偿序列包括：

根据与所述N个回波采样序列一一对应的N个所述偏移像素数，确定偏移像素数方差和偏移像素数均值；

根据所述偏移像素数方差和偏移像素数均值，从N个所述偏移像素数中确定异常偏移像素数；

对与所述异常偏移像素数相邻的两个偏移像素数进行线性差值，得到修正偏移像素数；

将N个所述偏移像素数中的异常偏移像素数替换为所述修正偏移像素数，得到修正偏移像素数序列；

根据N个所述偏移像素数和所述修正偏移像素数序列，确定目标补偿像素数序列；

根据目标补偿像素数序列包括的与所述在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，对所述在后回波采样序列进行时间延迟补偿，得到所述时间延迟补偿序列。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据N个所述偏移像素数和所述修正偏移像素数序列，确定目标补偿像素数序列包括：

根据N个所述偏移像素数，构建偏移像素数序列；

将所述偏移像素数序列与所述修正偏移像素数序列相减，得到初始补偿像素数序列；

针对第n个在后回波采样序列，根据所述初始补偿像素数序列包括的前n个初始补偿像素数，确定与所述第n个在后回波采样序列对应的目标补偿像素数，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述相位斜率，确定偏移像素数包括：

根据每个回波采样序列的采样点数和周期相位，确定单位斜率变化量；

根据所述相位斜率和所述单位斜率变换量，确定所述偏移像素数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一频谱图和所述第二频谱图，确定相邻两个回波采样序列之间的自相关归一化互功率谱包括：

根据所述第一频谱图和所述第二频谱图，确定归一化互功率谱；

对所述归一化互功率谱进行自相关运算，确定所述自相关归一化互功率谱。

6.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:

对N个所述时间延迟补偿序列中的任意相邻两个时间延迟补偿序列进行复共轭相乘，确定相位差序列，其中，所述相位差序列包括的每个相位差表征相邻两个时间延迟补偿序列中的在后时间延迟补偿序列的相位相较于在前时间延迟补偿序列偏移的相位量，与第1个时间延迟补偿序列对应的相位差序列包括的各个相位差为第二预设值；

对所述相位差序列包括的各个相位差求均值，得到常数项相位误差；

根据所述常数项相位误差对所述在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述常数项相位误差对所述在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到目标回波采样序列包括：

根据与N个时间延迟补偿序列一一对应的N个所述常数项相位误差，确定偏移相位方差和偏移相位均值；

根据所述偏移相位方差和所述偏移相位均值，从N个所述常数项相位误差中确定异常相位误差；

对与所述异常相位误差相邻的两个常数项相位误差进行线性差值，得到修正相位误差；

将N个所述常数项相位误差中的异常相位误差替换为所述修正相位误差，得到修正相位误差序列；

根据N个所述常数项相位误差和所述修正相位误差序列，确定目标补偿相位序列；

根据所述目标补偿相位序列包括的与所述在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，对所述在后时间延迟补偿序列进行相位补偿，得到所述目标回波采样序列。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据N个所述常数项相位误差和所述修正相位误差序列，确定目标补偿相位序列包括：

根据N个所述常数项相位误差，构建常数项相位误差序列；

将所述常数项相位误差序列与所述修正相位误差序列相减，得到初始补偿相位序列；

针对第n个在后时间延迟补偿序列，根据所述初始补偿相位序列包括的前n个初始补偿相位，确定与所述第n个在后时间延迟补偿序列对应的目标补偿相位，其中，n为大于等于1小于等于N的整数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据与N个时间延迟补偿序列一一对应的N个所述常数项相位误差，确定偏移相位方差和偏移相位均值包括：

根据N个所述常数项相位误差，构建常数项相位差序列；

对所述常数项相位差序列进行高通滤波，得到高频相位序列；

根据所述高频相位序列，确定所述偏移相位方差和所述偏移相位均值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述偏移相位方差和所述偏移相位均值，从N个所述常数项相位误差中确定异常相位误差包括：

根据所述高频相位序列包括的与N个常数项相位误差各自对应的高频相位、所述偏移相位方差和所述偏移相位均值，从N个所述常数项相位误差中确定所述异常相位误差。