本发明属于雷达、通信，具体涉及一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法。
背景技术：
1、合成孔径雷达(syntheticaperture radar，sar)是微波遥感应用中的主要传感器，与光学遥感相比具有三方面显著优势：(1)具有穿透云层甚至雨区的能力；(2)可更好地穿透植被；(3)可更好地获得地物几何特征和介电特性。由于sar具有全天时、全天候监测能力，对植被散射体形状、结构、介电常数敏感且能捕捉深层垂直信息，在植被和农业遥感监测中极具潜力。例如，根据sar的极化模式不同，可广泛应用于植被分类与识别、农田参数反演、植被结构参数提取(生物量、叶面积指数、高度等)、农业灾害监测和作物估产等领域，并通过搭载于小型无人机平台实现对植被或作物的监测。
2、目前，由于无人机体积小、负载轻，因而搭载在无人机上的sar需具备结构简单、体积小、质量轻、功耗低等特点；如美国imsar公司nsp-3型旋翼无人机sar雷达具备上述高度集成的合成孔径雷达(uav sar)系统特征，其中，以连续波相控雷达(frequencymodulation continuous wave sar，fmcw sar)为典型代表，fmcwsar符合高度集成sar系统低成本和小型化的发展需求，在植被和农业遥感中有广泛的应用前景。在连续波相控雷达(fmcw sar)系统中，有源相控阵模块是传感器误差的重要来源，因而成为系统精度控制的关键器件。同时，有源相控阵天线可以通过控制每个辐射单元的馈电相位来改变方向图形状，从而不需要物理转动即可完成天线阵列不同波束指向，进而实现扫描和聚束等目的。近年来，在无人机低空测绘应用领域，有源相控阵与连续波体制雷达相结合，呈行业显著增长态势。
3、在连续波相控阵雷达(fmcw sar)系统中，一般拥有多个射频收发通道，每路收发通道都拥有放大器、滤波器、混频器等模拟器件，而这些模拟器件固有的系统误差，使得相控阵雷达各收发通道间的幅相一致性问题不可避免，如相控阵天线收发波束的指向发生变化、收发波束展宽、副瓣增高、天线增益下降等一系列问题，进而导致雷达成像模糊，甚至不能工作。因而，相控阵雷达收发通道幅相一致性误差校准是相控阵雷达必须解决的关键问题。
4、因此，本发明提出一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，以实现对uavsar雷达相控阵收发通道幅相一致性误差校准和验证，从而解决上述现有技术存在的目前的射频天线校准方案大多面向脉冲雷达，校准用时长，成本高，对测试空间要求苛刻的问题。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，本方法基于连续波相控阵体制雷达(fmcw sar)的特点，在分析了相控阵雷达收发通道幅相误差的来源的基础上，构建了相应的误差模型，并利用雷达数字中频数据收发通道幅相一致性原理，建立了高效的误差校准方法，该方法利用放置在雷达近场内的角反射器，通过自发自收方式完成校准，最后实现了对uav sar雷达相控阵收发通道幅相一致性误差校准和验证，具备成本低，分辨率高，盲区较小，体积重量小等优点，解决了现有技术存在的目前的射频天线校准方案大多面向脉冲雷达，校准用时长，成本高，对测试空间要求苛刻的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述低成本、高分辨率、小盲区和体积重量的对射频天线进行校准的目的，本发明提供如下技术方案：
5、一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，包括
6、步骤1：搭建校准环境；
7、步骤2：在校准环境中分别对收发通道进行采集和校准，得到快频率和慢时间数据矩阵s(fk,τn)；
8、步骤3：基于数据矩阵s(fk,τn)构建空间匹配滤波函数sref(n,m)，并对校准数据中的数字中频数据进行匹配滤波并且对近场校准产生的误差进行补偿，得出带相位误差角反射器的空间能量函数i(n,m)；
9、步骤4：基于空间能量函数i(n,m)，构建相位误差搜索代价函数y(φi)，代价函数y(φi)最大值时对应的相位校准参数就是相位校准值
10、步骤5：将步骤4中的相位校准值配置进入相控阵模块的相位控制单元中，完成相位校准；
11、步骤6：通过对比不同通道间的回波能量，并选取窗函数，利用幅度误差求解函数a(n)找到幅度的误差完成幅度校准；
12、步骤7：将步骤5得到的相位校准矩阵和步骤6得
13、到的幅度矩阵配置到发射相控阵单元和接收通道中，完成整个校准流程。
14、优选的，在步骤1所述校准环境内，通道幅相一致性误差校准系统由一个雷达微波角反射器和待测雷达构成。
15、优选的，步骤2在采集校准环境中收发通道的校准数据时的约束为
16、在数字域空间中对应真实坐标系中角度反射器的高度zc，选取数字平面kn，将角反射器放在zc为0的dp平面上，在dp平面中找到和xc，yc坐标对应的kc，nc坐标，对kc，nc处角反射器目标的雷达数字中频回波进行采集。
17、优选的，步骤3所述空间匹配滤波函数sref(n,m)为
18、
19、其中，sref为在空间坐标(n,m)处的匹配滤波函数，fk为雷达发射频率，rt为角反射器距离雷达发射天线相位中心的距离，rr为角反射距离雷达接收天线相位中心的距离，c为光速；
20、空间能量函数的公式表达为：
21、
22、其中，i(n,m)为在空间坐标(n,m)处经过匹配滤波后的能量。
23、优选的，步骤4所述相位误差搜索代价函数y(φi)的表达式为：
24、
25、φi＝{0,φi+δ,φi+2*δ,...,φi+n*δ},n＝1,...n；
26、其中，fk为雷达回波，τn为雷达的第n次采集，c为光速，j为虚数标志，c为常数，
27、优选的，步骤6所述幅度误差a(n)函数求解过程包括
28、步骤6.1：通过测量得到n个通道的幅度值an，再找出通道最大值对应的幅度amax，最后用amax-an得出通道误差矩阵
29、步骤6.2：用校准矩阵进行校准后，对校准后的每个通道的幅度进行加窗处理；求解校准矩阵的过程通过公式表示为：
30、
31、其中，an为每个收发通道采集的能量幅度值，为amax-an，w(n)为窗函数，
32、优选的，步骤7所述将步骤5得到的相位校准矩阵和步骤6得到的幅度矩阵配置到发射相控阵单元和接收通道中，完成整个校准流程的过程包括
33、将步骤5得到的相位校准矩阵和步骤6得到的幅度矩阵(a＝{a1,…,an})配置到发射相控阵单元和接收通道中，得到校准过后的回波能量为i(kc,nc,φ,a)，φ＝{φ1，…，φn}为相位校正向量，a＝{a1,…,an}为幅度校正向量，校准公式为
34、
35、(三)有益效果
36、与现有技术相比，本发明提供了一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，具备以下有益效果：
37、1.本发明基于连续波体制雷达盲区小的特点，提出了一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，本方法利用放置在雷达近场内的点目标，基于自发自收的中频数据，采用空间匹配滤波算法，对近场条件产生的球面波前造成的误差进行补偿，从而获得更准确的幅度信息，再利用旋转矢量法，得到每个通道的相位误差，最后对32通道一维线阵进行了幅度校准；经对比校准前后的成像质量发现，本方法能够提升连续波相控阵成像雷达的成像性能和质量；
38、2.本发明基于上述方法构建了一种空间匹配滤波器，可精确的补偿近场校准导致的球面波前造成的测量误差；近场校准可以在1米内进行，大幅度降低了对校准环境的要求；
39、3.本发明开展了基于能量梯度算法的校准前后图像对比实验，结果表明本发明提出的近场自校准方法可有效地改善雷达成像质量；
40、4.本发明所提出的连续波相控阵成像雷达近场自校准方法具有成本低且校准效率高的特点，有效地解决了连续波相控阵成像雷达大批量生产校准场地要求高，效率低的问题；实现了低成本、高分辨率、小盲区和体积重量的对射频天线进行校准的目的。
1.一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：包括
2.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：在步骤1所述校准环境内，通道幅相一致性误差校准系统由一个雷达微波角反射器和待测雷达构成。
3.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：步骤2在采集校准环境中收发通道的校准数据时的约束为
4.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：步骤3所述空间匹配滤波函数sref(n,m)为
5.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：步骤4所述相位误差搜索代价函数y(φi)的表达式为：
6.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：步骤6所述幅度误差a(n)函数求解过程包括
7.如权利要求1所述的一种能适宜于近场的快速低成本幅相校准方法，其特征在于：步骤7所述将步骤5得到的相位校准矩阵和步骤6得到的幅度矩阵配置到发射相控阵单元和接收通道中，完成整个校准流程的过程包括
