基于子孔徑合成的圓周sar后向投影自聚焦方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR)高分辨率成像的技 術領域，它特別涉及到了圓周SAR高精度運動補償的技術領域。
【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達是一種能夠全天時和全天候工作的高分辨率微波成像系統(tǒng)，它能夠 在環(huán)境較為惡劣的情況下獲得較好的成像結果，因此它被廣泛的應用于民用和軍事領域。 在偵察、地形繪制、資源探測等應用中，合成孔徑雷達能夠獲得高分辨率的微波圖像。
[0003] 圓周合成孔徑雷達（Circular Synthetic Aperture Radar，CSAR)是一種在切 航跡向和沿航跡向形成圓周孔徑的曲線合成孔徑雷達模式。該模式是利用雷達載體繞著 場景中心旋轉飛行形成圓周軌跡并照射成像場景，再通過對收集到的成像場景回波數據進 行處理得到成像結果。相比于傳統(tǒng)的合成孔徑雷達，圓周合成孔徑雷達能夠對場景進行 360度觀測，形成二維孔徑，從而實現對目標的三維成像。該模式被廣泛的應用于對目標的 偵測以及對一些特定區(qū)域的全方位偵查。（詳見參考文獻"M. Soumekh.，Reconnaissance with slant plane circular SAR imaging, IEEE Transactions on Image Processing, V ol. 5, pp. 1252-1265, 1996" 和 "Dheeraj N. Nehru, Viet T.Vu，Thomas K. Sjdgren and Mats I. Pettersson, SAR resolution enhancement with circular aperture in theory and empirical scenario, IEEE Radar Conference,Cincinnati, OH, pp. 0001-0006,May2014"）
[0004] 自聚焦算法是一種運動補償的方法，自聚焦在SAR圖像處理中有著重要的地 位。目前主要的自聚焦算法有最小摘自聚焦算法（詳見參考文獻"L. Xi, L. Guosui, and J. Ni, Autofocusing of ISAR images based on entropy minimization, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.，vol. 35, no. 10, pp. 1240 - 1252, Oct. 1999"）、相位梯度自聚 焦（詳見參考文獻"Martorella. M, Preiss. M, Haywood. B, Bates. B, Polarimetric phase gradient autofocus, IGARSS 2007, July 2007, PP. 133-136"）、圖像銳度最大化自聚焦（詳 見參考文獻"Morrison, Robert L·，Min Ν· Do, and David C. Munson·，SAR image autofocus by sharpness optimization:a theoretical study, IEEE Transactions on Image Proc essing，Vol. 16, No. 9, pp. 2309-2321，2007")。此類算法是通過計算相應評價函數的最優(yōu)解， 以此來確定補償的相位誤差。后向投影（Back Projection, BP)自聚焦算法是一類基于時 域圖像質量的自聚焦算法，主要過程是根據SAR圖像質量指標優(yōu)化方位向相位誤差向量， 當SAR圖像質量指標達到最優(yōu)時，即可認為SAR圖像聚焦效果最好。圓周SAR在實際成像 中由于目標雷達散射系數截面積（Radar Cross Section，RCS)各向異性，導致現有的圓周 SAR后向投影自聚焦算法不能準確估計相位誤差，影響成像精度。并且現有的圓周SAR后向 投影自聚焦算法需要消耗巨大的內存，成像速度非常慢。

【發(fā)明內容】

[0005] 為了提高圓周SAR的成像精度和成像速度，本發(fā)明提出一種基于子孔徑合成的圓 周SAR后向投影自聚焦方法，它是通過將圓周SAR全孔徑回波數據劃分成子孔徑回波數據， 在觀測場景中選取強散射單元進行基于圖像銳度最大化的后向投影自聚焦處理估計每個 子孔徑回波數據的相位誤差，然后將所有子孔徑回波數據的相位誤差合成為圓周SAR全孔 徑回波數據相位誤差，最后將求解出的圓周SAR全孔徑回波數據相位誤差進行精確的圓周 SAR后向投影成像。該發(fā)明方法與現有的圓周SAR后向投影自聚焦算法相比，具有成像精度 高和速度快的特點，適用于圓周SAR大場景實測數據的處理。
[0006] 為了方便描述本發(fā)明的內容，首先作以下術語定義：
[0007] 定義1、圓周合成孔徑雷達
[0008] 圓周合成孔徑雷達是利用運動平臺繞著場景中心旋轉飛行形成圓周軌跡，在航跡 向和切航跡向形成圓周孔徑，可以對觀測區(qū)域進行二維或三維成像的合成孔徑雷達系統(tǒng)。
[0009] 定義2、合成孔徑雷達標準距離向和方位向壓縮方法
[0010] 合成孔徑雷達標準距離向和方位向二維壓縮方法是指利用合成孔徑雷達發(fā)射參 數進行二維匹配濾波的過程，主要內容包括：采用距離向參考信號對合成孔徑雷達距離向 回波信號進行匹配濾波壓縮，距離走動補償和采用對方位向參考信號對方位向信號進行匹 配濾波得到合成孔徑雷達的二維成像（詳見參考文獻"合成孔徑雷達回波信號仿真研宄"， 張朋，西北工業(yè)大學博士論文，2004)。
[0011] 定義3、合成孔徑雷達原始回波仿真方法
[0012] 合成孔徑雷達原始回波仿真方法是指基于合成孔徑雷達成像原理仿真出一定系 統(tǒng)參數條件下具有合成孔徑雷達回波信號特性的原始信號的方法（詳見參考文獻"雷達成 像技術"，保錚等編著，電子工業(yè)出版社出版）。
[0013] 定義4、圓周合成孔徑雷達成像空間
[0014] 圓周合成孔徑雷達成像空間是指將場景空間中的散射點投影到切航跡向一沿航 跡向一距離向的三維空間坐標系，該空間由圓周合成孔徑雷達成像空間中的三個相互正交 的坐標基確定。本發(fā)明中用以下數學關系表示成像空間Ω :
[0015]
【主權項】
1. 一種基于子孔徑合成的圓周SAR后向投影自聚焦方法，其特征是它包括如下步驟： 步驟1、初始化圓周SAR系統(tǒng)參數和回波數據 初始化圓周SAR系統(tǒng)參數包括：雷達平臺初始位置矢量，記做Ptl= [X & y(l，zj，Xtl為雷 達平臺在水平面橫軸向上的初始位置，％為雷達平臺在水平面縱軸向上的初始位置，Ztl為 雷達平臺在地面垂直高度向上的初始位置；雷達平臺初始速度矢量，記做V = [vx, vy, vz]， 其中Vx為雷達平臺在水平面橫軸向上的速度，Vy為雷達平臺在水平面縱軸向上的速度，V z 為雷達平臺在垂直地面高度向上的速度；雷達發(fā)射電磁波的載頻，記做f。;雷達發(fā)射電磁波 的帶寬，記做雷達工作的載頻波長，記做λ ;雷達平臺的飛行半徑，記做R ;雷達平臺的 方位角，記做Θ ;雷達平臺的俯仰角，記做W電磁波在空氣中的傳播速度，記做C ;雷達