基于相位誤差直接估計(jì)的sar實(shí)時(shí)自聚焦方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，屬于雷達(dá)成像的【技術(shù)領(lǐng)域】。在PGA算法處理結(jié)構(gòu)下，選取每個(gè)距離單元的最強(qiáng)散射點(diǎn)，將每個(gè)距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)移至該距離單元中心處，對(duì)各距離單元圖像進(jìn)行加窗處理，求取其余距離單元與參考距離單元之間的固定相位差值，將固定相位差值從各距離單元中去除，對(duì)去除固定相位差值后的各距離單元信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均以求取相位誤差函數(shù)，補(bǔ)償相位誤差函數(shù)。本發(fā)明對(duì)固定相位差進(jìn)行無偏估計(jì)后直接估計(jì)相位誤差函數(shù)，減少迭代次數(shù)，減小運(yùn)算量，顯著改善聚焦質(zhì)量，對(duì)于低對(duì)比度且無較強(qiáng)目標(biāo)的SAR圖像依然適用。
【專利說明】基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，屬于雷達(dá)成像的技 術(shù)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)（syntheticapertureradar,簡(jiǎn)稱SAR)具有在全天時(shí)，全天候條件 下高分辨率成像的能力。由于SAR是相干成像系統(tǒng)，SAR圖像和接收信號(hào)相位之間存在緊 密的聯(lián)系。SAR成像算法中不可避免的各種近似，以及飛機(jī)在實(shí)際飛行過程中相對(duì)于理想航 跡，速度和飛行姿態(tài)等存在的偏差，均會(huì)引起較大的接收信號(hào)相位誤差，從而導(dǎo)致圖像聚焦 質(zhì)量的明顯下降。特別是在高分辨率的成像系統(tǒng)中，因?yàn)橐筝^長(zhǎng)的孔徑時(shí)間，由于天線非 理想運(yùn)動(dòng)引起的圖像散焦現(xiàn)象更加嚴(yán)重。即使裝備先進(jìn)的電子導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)SAR系統(tǒng)的運(yùn) 動(dòng)偏差進(jìn)行較精確的測(cè)量，并在接收信號(hào)中加以補(bǔ)償，也很難獲得理想的SAR圖像。因此， 為了獲得高分辨率，高質(zhì)量的SAR圖像，必須利用自聚焦算法對(duì)SAR圖像作進(jìn)一步處理，估 計(jì)其相位誤差并進(jìn)行補(bǔ)償。
[0003] PGA (Phase Gradient Autofocus，相位梯度自聚焦）算法通過相位誤差補(bǔ)償改善 SAR圖像的聚焦質(zhì)量，因?yàn)槠渚哂辛己玫淖跃劢剐阅芎汪敯粜?，被廣泛應(yīng)用于SAR圖像上。 PGA算法如文獻(xiàn) 1 :D. E Wahl, P. H. Eichel，D. C. Ghiglia，C. V. Jakowatz，JR. Phase Gradient Autofocus-A Robust Tool for High Resolution SAR Phase Correction 1994. 2 ：Hian Lim Chan, Tat Soon Yeo. Noniterative Quality Phase-Gradient Autofocus(QPGA) Algorithm for Spotlight SAR Imagery 1998?中公開的技術(shù)。但是，PGA算法針對(duì)相位誤 差函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，在差分過程中會(huì)導(dǎo)致噪聲的積累，影響算法性能，特別當(dāng)信噪比 較低時(shí)，無法準(zhǔn)確的估計(jì)相位誤差函數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述【背景技術(shù)】的不足，提供了基于相位誤差直 接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，采用PGA算法的處理結(jié)構(gòu)，基于SAR圖像信號(hào)模型，估計(jì)各 距離單元間的固定相位差值，并結(jié)合直接估計(jì)相位誤差函數(shù)的估計(jì)算子實(shí)現(xiàn)SAR圖像的自 聚焦處理，以改善PGA算法針對(duì)相位誤差函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)因?yàn)樵肼暦e累帶來的估計(jì) 精度低的缺陷。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0006] 基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，包括如下步驟：
[0007]a，選取每個(gè)距離單元的最強(qiáng)散射點(diǎn)，將每個(gè)距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)移至該距離 單元中心處；
[0008]b，以各距離單元中心點(diǎn)位置為中心，對(duì)各距離單元圖像進(jìn)行加窗處理；
[0009] c，獲取各距離單元在方位數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)，選取一個(gè)距離單元為參考距離單元， 求取其余距離單元與所述參考距離單元之間的固定相位差值，將固定相位差值從各距離單 元中去除；
[0010] d，對(duì)去除所述固定相位差值后的各距離單元信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均以求取相位誤差 函數(shù)；
[0011] e,補(bǔ)償相位誤差函數(shù)后，減小窗口寬度并返回a。
[0012] 作為所述基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟 a中所述對(duì)將每個(gè)距離單元內(nèi)最強(qiáng)散射點(diǎn)移至該距離單元中心的方法為：圓周移位第k距 離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)至該距離單元中心處，第k距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)移位后在方位 數(shù)據(jù)域內(nèi)的接收信號(hào)相位^shift (m)為：

【權(quán)利要求】
1. 基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，其特征在于包括如下步驟： a，選取每個(gè)距離單元的最強(qiáng)散射點(diǎn)，將每個(gè)距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)移至該距離單元 中心處； b，以各距離單元中心點(diǎn)位置為中心，對(duì)各距離單元圖像進(jìn)行加窗處理； c，獲取各距離單元在方位數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)，選取一個(gè)距離單元為參考距離單元，求取 其余距離單元與所述參考距離單元之間的固定相位差值，將固定相位差值從各距離單元中 去除； d，對(duì)去除所述固定相位差值后的各距離單元信號(hào)進(jìn)行加權(quán)平均以求取相位誤差函 數(shù)； e,補(bǔ)償相位誤差函數(shù)后,減小窗口寬度并返回a。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，其特征在于 步驟a中所述對(duì)將每個(gè)距離單元內(nèi)最強(qiáng)散射點(diǎn)移至該距離單元中心的方法為：圓周移位第 k距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)至該距離單元中心處，第k距離單元內(nèi)的最強(qiáng)散射點(diǎn)移位后在 方位數(shù)據(jù)域內(nèi)的接收信號(hào)相位① k，shift(m)為= + +ft (?)，m為方位向 脈沖位置，Y (m)為第k距離單元在方位向脈沖m處的相位誤差，Vk為第k距離單元的固 定相位，％ &?)為第k距離單元在方位向脈沖m處的干擾相位，k為正整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，其特征在于 步驟c的具體方法為：所述各距離單元包含M個(gè)方向脈沖位置處的信號(hào)，選取第O距離單元 Xtl為參考距離單元，將第k距離單元Xk與第O距離單元Xtl共軛相乘后得到第k距離單元與 參考距離單元之間的固定相位差：
為將第k距 離單元Xk與第O距離單元Xtl共軛相乘，|Ak|為第k距離單元X k的幅值，IAcJ為參考距離 單元Xtl的幅值，Vp Vk分別為第O距離單元、第k距離單元的固定相位，exp (.)為指數(shù)運(yùn) 算，nkQ(m)為干擾噪聲，有 nkQ(m) =nk(m) ^XaOn)+]^!]!) ? Xk (m)，nk(m)、nQ(m)分別為第 k 距 離單元、第O距離單元中方位向脈沖m處的干擾噪聲，Xk(m)(m)分別為第k距離單元、第 O距離單元中方位向脈沖m處的信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方法，其特征在于 所述步驟d由表達(dá)式
估計(jì)相位誤差函數(shù)，N為距離單元總數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的基于相位誤差直接估計(jì)的SAR實(shí)時(shí)自聚焦方 法，其特征在于：步驟c中對(duì)加窗處理后的圖像做方位向傅里葉逆變換來獲取各距離單元 在方位數(shù)據(jù)域中的數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK104330797SQ201410588490
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】蔣銳 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)