基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基sar運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)PGA的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)無法在運(yùn)動(dòng)誤差較大下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膯栴}。其實(shí)現(xiàn)步驟是：1)對(duì)子孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正、距離壓縮和去斜處理；2)用PGA法對(duì)信號(hào)進(jìn)行非空變相位誤差估計(jì)；并用誤差估計(jì)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)作粗補(bǔ)償，得到剩余相位誤差；3)將剩余相位誤差展開為距離的二階多項(xiàng)式，得到常數(shù)項(xiàng)，一次項(xiàng)和二次項(xiàng)系數(shù)；4)利用相位加權(quán)PGA得到所述三個(gè)系數(shù)的最小均方梯度估計(jì)，并由梯度估計(jì)結(jié)果得到子孔徑相位誤差；5)將各子孔徑數(shù)據(jù)的相位誤差拼接得到全孔徑相位誤差；6)用全孔徑相位誤差進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和雙基SAR成像。本發(fā)明可用于處理運(yùn)動(dòng)誤差較大情形下的雙基SAR數(shù)據(jù)。
【專利說明】基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雙基SAR的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，可用于運(yùn)動(dòng)誤差較大情形下的雙基SAR成像處理。
【背景技術(shù)】:
[0002]雙基SAR的收發(fā)系統(tǒng)安裝在不同的平臺(tái)上，由于收發(fā)分置的特性，其相對(duì)于單基SAR具有更多的優(yōu)勢(shì)，比如可以獲得更為豐富的目標(biāo)散射信息，接收站的隱蔽性更強(qiáng)，并且具備更高的反隱身能力等。但其構(gòu)型也更為復(fù)雜，因此較之單基SAR，其對(duì)成像算法的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的研究都提出了更高的要求。
[0003]針對(duì)未配備高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的高分辨SAR成像，研究基于回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法具有重要的應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)有的針對(duì)聚束模式SAR數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)相位梯度自聚焦PGA算法，假設(shè)相位誤差不隨距離變化，利用相位誤差在不同距離單元間的冗余性，在相位梯度估計(jì)中利用多個(gè)單元相干合成實(shí)現(xiàn)相位誤差估計(jì)，對(duì)非空變的相位誤差具有良好的估計(jì)效果，適用于運(yùn)動(dòng)誤差較小情形的SAR成像處理。針對(duì)條帶數(shù)據(jù)的相位曲率自聚焦算法由于相位曲率的二次差分特性，其穩(wěn)健性和精度要差于PGA，對(duì)樣本數(shù)量和質(zhì)量的要求也更高。相位匹配自聚焦PMA算法對(duì)PGA進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)條帶SAR處理，利用對(duì)每個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行高精度多普勒中心估計(jì)并補(bǔ)償重疊孔徑處的局部線性相位。但以上算法均沒有考慮條帶模式工作時(shí)相位誤差具有強(qiáng)空變性的問題，對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差較大產(chǎn)生包絡(luò)偏移及相位誤差具有較強(qiáng)空變性的情形無能為力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，以在運(yùn)動(dòng)誤差較大情形下獲得雙基SAR的高質(zhì)量成像結(jié)果。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:首先通過傳統(tǒng)PGA方法獲得非空變的運(yùn)動(dòng)誤差估計(jì)，然后利用得到的非空變運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗補(bǔ)償，再將粗補(bǔ)償后的雷達(dá)數(shù)據(jù)按距離向進(jìn)行分塊處理，然后利用加權(quán)極大似然估計(jì)每個(gè)距離塊的相位梯度，繼而結(jié)合得到的各距離快的相位梯度，利用相位加權(quán)PGA的加權(quán)最小均方梯度估計(jì)得到剩余空變相位誤差的梯度估計(jì)，最后進(jìn)行相位誤差拼接得到全孔徑相位誤差。其具體實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0006](I)將雙基SAR的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)沿方位向進(jìn)行子孔徑劃分，并對(duì)子孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正和距離壓縮，得到距離壓縮后的信號(hào)Stl ；
[0007](2)構(gòu)造雙基SAR的去斜deramp函數(shù)Hderanip,將Hdwanip與距離壓縮后的信號(hào)S。相乘，得到deramp處理后的信號(hào)S1 ；
[0008](3)采用PGA方法對(duì)deramp處理后的信號(hào)S1進(jìn)行非空變相位誤差&估計(jì)；
[0009](4)利用非空變誤差相位k對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行非系統(tǒng)距離徙動(dòng)校正，再利用得到的非系統(tǒng)距離徙動(dòng)量進(jìn)行相位誤差補(bǔ)償，完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的粗補(bǔ)償，得到雷達(dá)數(shù)據(jù)的剩余相位誤差Δ φ ；
[0010](5)將粗補(bǔ)償后的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行距離分塊處理，對(duì)每個(gè)距離塊中的多個(gè)距離樣本通過加權(quán)極大似然估計(jì)相位梯度ψ
[0011](6)將步驟(4)得到的剩余相位誤差Λ φ展開為距離的二階多項(xiàng)式
[0012]其中，AF = ne，r。表示場(chǎng)景中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的雙基SAR斜距之和，r表示目標(biāo)所在的距離塊等效位置，t表示慢時(shí)間，Gtl, 01和θ2分別表示剩余運(yùn)動(dòng)誤差的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)和二次項(xiàng)系數(shù)；
[0013](7)利用步驟(5)得到的相位梯度I,通過相位加權(quán)PGA方法，得到剩余空變運(yùn)動(dòng)誤差的常數(shù)項(xiàng)Θ ^、一次項(xiàng)系數(shù)Θ 1、二次項(xiàng)系數(shù)Θ 2的最小均方梯度估計(jì)0 g和沒
[0014](8)對(duì)常數(shù)項(xiàng)梯度估計(jì)& 一次項(xiàng)系數(shù)的梯度估計(jì)$和二次項(xiàng)系數(shù)的梯度估計(jì)&進(jìn)行積分操作，獲得各個(gè)子孔徑數(shù)據(jù)的相位誤差估計(jì)，再進(jìn)行子孔徑相位誤差拼接，得到全
孔徑相位誤差0t(rtal ;
[0015](9)將C^total與雷達(dá)數(shù)據(jù)相乘，完成對(duì)全孔徑數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償；
[0016](10)利用雙基SAR成像算法對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]I)本發(fā)明綜合了現(xiàn)有自聚焦技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮了運(yùn)動(dòng)誤差引入的空變相位誤差和包絡(luò)偏移，適用于運(yùn)動(dòng)誤差較大情形下的雙基SAR成像處理。
[0019]2 )本發(fā)明引入了局部極大似然-加權(quán)相位梯度自聚焦方法，有效提升了相位誤差估計(jì)的效率和精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0021]圖2是采用PGA估計(jì)出的子孔徑數(shù)據(jù)的非空變運(yùn)動(dòng)誤差示意圖；
[0022]圖3是用本發(fā)明對(duì)不同距離塊數(shù)據(jù)得到的剩余空變運(yùn)動(dòng)誤差估計(jì)結(jié)果；
[0023]圖4是采用PGA對(duì)經(jīng)空變運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償后的子孔徑數(shù)據(jù)的相位誤差估計(jì)結(jié)果；
[0024]圖5是用本發(fā)明對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理所得的大場(chǎng)景雙基SAR成像結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0025]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0026]步驟1:雙基SAR數(shù)據(jù)的距離徙動(dòng)校正和距離壓縮。
[0027]1.1)依據(jù)方位向處理的點(diǎn)數(shù)N，將雙基SAR的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分，分為
【權(quán)利要求】
1.一種基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括以下步驟: (1)將雙基SAR的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)沿方位向進(jìn)行子孔徑劃分，并對(duì)子孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行距離徙動(dòng)校正和距離壓縮，得到距離壓縮后的信號(hào)Stl ； (2)構(gòu)造雙基SAR的去斜deramp函數(shù)Hderamp,將Hderamp與距離壓縮后的信號(hào)Stl相乘，得到deramp處理后的信號(hào)S1 ； (3)采用PGA方法對(duì)deramp處理后的信號(hào)S1進(jìn)行非空變相位誤差^估計(jì)； (4)利用非空變誤差相位^對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行非系統(tǒng)距離徙動(dòng)校正，再利用得到的非系統(tǒng)距離徙動(dòng)量Δ及進(jìn)行相位誤差補(bǔ)償，完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的粗補(bǔ)償，得到雷達(dá)數(shù)據(jù)的剩余相位誤差Δ φ ; (5)將粗補(bǔ)償后的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行距離分塊處理，對(duì)每個(gè)距離塊中的多個(gè)距離樣本通過加權(quán)極大似然估計(jì)相位梯度I ； (6)將步驟(4)得到的剩余相位誤差Λφ展開為距離的二階多項(xiàng)式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其中步驟(2)所述的構(gòu)造雙基SAR的去斜deramp函數(shù)Hderamp,通過如下公式進(jìn)行:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其中步驟(4)所述的利用非空變誤差I(lǐng)相位對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行非系統(tǒng)距離徙動(dòng)校正，通過如下公式進(jìn)行:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，步驟(4)所述的利用得到的非系統(tǒng)距離徙動(dòng)量Λ/?進(jìn)行相位誤差補(bǔ)償，通過如下公式進(jìn)行:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其中步驟(5)所述的對(duì)每個(gè)距離塊中的多個(gè)距離樣本通過加權(quán)極大似然估計(jì)相位梯度&，通過如下公式進(jìn)行:..,.,、 G nibg.[conj^, (g,/?)].^ (g,h +1)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)相位梯度自聚焦的雙基SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其中步驟(7)所述的通過相位加權(quán)PGA的WLS方法，得到剩余空變運(yùn)動(dòng)誤差的常數(shù)項(xiàng)Qtl、一次項(xiàng)系數(shù)Q1、二次項(xiàng)系數(shù)θ2的梯度估計(jì).&, $和&，按如下步驟進(jìn)行: (6a)分別構(gòu)造距離矩陣Abl。。,，信雜比加權(quán)矩陣W和相位梯度估計(jì)矩陣Ω如下:
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103885061SQ201410119343
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】邢孟道, 陳士超, 張磊, 保錚 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)