一种基于BAQ幅度均值的星载SAR自动增益控制方法及装置与流程

本发明属于雷达，尤其涉及一种基于baq幅度均值的星载sar自动增益控制方法及装置。

背景技术：

1、星载合成孔径雷达（sar）以其全天时、全天候、高分辨、宽幅对地观测成像能力，被广泛地用于土地监测、海洋观测和地貌变化等民事领域以及战场侦察、军队动向监视等军事领域，是一种不可或缺的对地观测手段。sar系统利用回波信号的强度大小来区分散射率相异的各类地物，实现辐射分辨，从而获得测绘图像，因此回波信号幅度有效性对sar系统成像具有重要意义。同时随着合成孔径雷达技术的发展，大范围，长时间，河流、高山、城市复杂混合场景测绘成像成为主流，常规增益控制方法无法满足星载sar测绘成像大动态要求，因此一种星载sar自动增益控制方法与装置对我国测绘卫星系统发展具有重大意义。

2、自动增益控制（agc）是一种广泛应用于通信、广播、雷达的接收机中提高接收机动态范围的主要手段。针对星载sar成像时，不同地表区域的散射特性可能存在剧烈变化的情况，从而造成sar回波信号幅值剧烈变化。当sar回波信号幅度较小时，会使得接收机输出信号得不到其动态范围；当sar回波信号幅度过大时，可能造成接收机饱和或丢失回波信号间对比度的问题。因此采用合适的自动增益控制方法可以扩大sar系统动态，保证sar回波信号幅度有效性，从而实现sar系统成像。

3、根据现有文献，为了使接收机满足系统大动态范围的要求，常采用检波器、比较器等电子元件构成agc闭环电路完成对系统动态的改善，文献“[1]蒋茂霞.大动态脉冲数字agc研究与设计[d]. 电子科技大学, 2020.”中采用可变增益放大器与可变衰减器构建闭环拓扑，利用fpga芯片查找表的方法实现对脉冲雷达信号的增益控制，但是模拟器件构成的闭环结构受到环境影响大，会导致系统不稳定，同时无法适配星载sar系统需要精确幅相校正的应用场景。

4、文献“[1]张靖,罗一丹,赵靓. 星载数字agc技术 [j]. 信息通信, 2020, (12):25-27.”在卫星通信中通过计算信号功率误差，经过环路滤波器后驱动可变增益控制器输出增益因子，反馈调整信号幅度。但这种方式存在收敛周期长，信号功率值在期望值附近波动的现象，不适合于星载sar成像场景的剧烈变化情况。

5、文献“[1]童智勇,陈佳民,杨汝良.用于星载sar数字agc增益控制的双门限步进法[j].遥感技术与应用,2007,(01):83-87.”中通过设置上下门限，采用步进调节的方式来实现agc环路完全收敛，保证在上下门限附近，但是这种方法易受环境变化而频繁调节衰减量，从而影响sar成像质量。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于baq幅度均值的星载sar自动增益控制方法，包括以下步骤：

2、步骤1、确定sar回波数据的幅度均值与ad输入功率的对应关系；

3、步骤2、根据幅度均值与ad输入功率的对应关系，确定初始值、门限范围和门限中值；根据成像场景预估确定agc控制初始值和调整步进；门限范围包括上门限幅度均值、下门限幅度均值；

4、步骤3、信号幅度均值计算：获取当前脉冲重复间隔内的回波数据，将回波数据的数据分成若干小块，求取每块数据的幅度均值，再取所有块数据中幅度均值的最大值作为此脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值；

5、步骤4、增益控制量计算：在sar工作期间，判断当前脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值是否在设定的门限范围内；若是，则保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；若否，则判断大于上门限幅度均值还是小于下门限幅度均值，若大于上门限幅度均值，则根据调整步进，逐步增加数控衰减器的衰减器值，直至相应的回波数据幅度均值小于等于门限中值，保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；若小于下门限幅度均值，则根据调整步进，逐步减小数控衰减器的衰减值，直至相应的回波数据幅度均值大于等于门限中值，保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；重复上述操作直到所有的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益完成，成像任务结束；

6、步骤5、后恢复成像处理：将每个脉冲间隔内的衰减器值控制量记录在对应回波数据内，根据对应的衰减器值控制量，恢复回波数据的实际值，再应用成像算法对回波数据的实际值进行成像运算，得到星载sar图像；

7、所述幅度均值均为baq幅度均值。

8、进一步地，所述确定sar回波数据的幅度均值与ad输入功率的对应关系，具体包括以下步骤：

9、sar回波数据块x符合的高斯分布，记,其中，x表示数据块x中的数据，此时该数据块x的均值与标准差具有如下对应关系：

10、

11、

12、其中，表示sar回波数据块x中的第n个数据，表示幅度均值；

13、由此可简化为，

14、其中,q为ad数据位宽，erf表示误差函数；

15、同时，标准差与ad输入端功率电平值具有如下关系：

16、

17、其中，表示参考电平；

18、根据baq压缩算法求幅度均值的baq均值，即baq幅度均值，确定baq幅度均值和标准差的关系，基于高斯分布的累积分布函数,计算不同baq幅度均值下的饱和概率，具体如下：

19、其中，表示基准值。

20、进一步地，回波数据幅度均值的门限判断与自动增益具体包括以下步骤：

21、步骤41、判断的大小，当时，，保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；

22、步骤42、当时，，重新计算回波数据幅度均值后执行步骤44；

23、步骤43、当时，，重新计算回波数据幅度均值后执行步骤45；

24、步骤44、判断和的大小，若, 令，重复步骤44，直到，保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；

25、步骤45、判断和的大小，若, 令，重复步骤45，直到，保持当前状态不调整，直到进入下一脉冲重复间隔内的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益；

26、步骤46、重复步骤41-45操作直到所有的回波数据幅度均值的门限判断与自动增益完成；

27、步骤41-45中，表示当前数控衰减器的衰减器值，表示上一状态数控衰减器的衰减器值，表示调整步进量，表示回波数据幅度均值，表示上门限幅度均值，表示下门限幅度均值，表示门限中值。

28、进一步地，在步骤4中对数控衰减器的衰减器值进行调整后，相应的回波数据幅度均值的计算方法与步骤3一致。

29、本发明还提供了一种基于baq幅度均值的星载sar自动增益控制装置，包括系统初始化模块、幅度均值计算模块、幅度均值比较模块和增益控制模块，上述模块根据上述任一方法的步骤进行星载sar自动增益控制，系统初始化模块根据幅度均值与ad输入功率的对应关系，确定初始值、控制门限范围和门限中值；根据成像场景预估确定agc控制初始值和调整步进；幅度均值计算模块用于实现信号幅度均值的计算，幅度均值比较模块用于门限比较，增益控制模块用于数控衰减器的衰减值控制量输出。

30、本发明与现有技术相比，具备的优点在于：

31、本发明具有成像质量好、可靠性高、工程易于实现和扩展等优点，在星载sar测绘领域具有广阔的应用前景。

32、1、通过采用本发明方法，可有效避免长时间大范围测绘场景下的成像回波幅度突变，同时通过门限与中值结合的方式，有效避免了控制量频繁变化，同时可以在地面处理系统内根据控制量对回波信号幅度进行精确恢复，保证了高质量成像。

33、2、本发明通过软件配置即可实现功能，无需改变硬件结构，无需增加额外设备，因此本发明有较高的可靠性。

34、3、本发明基于星载sar常用的baq数据压缩方式，同时采用全数字的实现方式所需的硬件资源少、结构简单，从而可在体积和重量上大大降低，工程易于实现。