[发明专利]适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自 聚焦方法，可用于多种大斜视SAR成像算法中的聚焦处理。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是雷达成像的主体，其应用范围最广。 根据雷达视线与平台航线垂直方向的夹角大小，雷达成像分为正侧视、小斜视和大斜视等成像 模式。其中，大斜视成像模式能够提高现代雷达系统的灵活性和检测性能，因此在应用中比正 侧视和小斜视等成像模式更受青睐。

然而，在实际的大斜视SAR成像的过程中，大气扰动和平台震动导致了雷达的实际航迹 与理想航迹之间的偏离，这种偏离称为运动误差，表现在回波数据中就是回波数据中存在包络 位移和相位误差。回波数据中的包络位移和相位误差会降低SAR成像图像的质量，对SAR图 像检测和鉴别带来困难，因此必须采取措施消除回波数据中的包络位移和相位误差。根据包络 位移和相位误差产生的原因，一种方式是通过在平台上安装高精度惯性导航系统来尽可能获得 理想航迹，减小回波数据中的包络位移和相位误差，但是这种方法成本高，代价大。另一种方 式是利用回波数据估计平台运动误差，进而对回波数据中的包络位移和相位误差进行校正，这 就是自聚焦。

目前，大斜视SAR成像的自聚焦方法典型的有相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus， PGA)方法和图像偏置(Map Drift，MD)自聚焦方法，其中，PGA方法是利用图像中的部分 特显点估计回波数据中的包络位移和相位误差并对其进行校正，但实现过程容易受到杂波和噪 声的影响，导致鲁棒性降低。MD自聚焦方法是利用子孔径二阶运动误差模型估计回波数据中 的包络位移和相位误差并对其进行校正，该方法相比PGA方法，鲁棒性更好，但是自聚焦精 度不足，为了解决上述问题，文献“The space-variant phase-error matching map-drift algorithm for highly squinted SAR,IEEE Geosci.Remote Sens.Lett.,vol.10,no.4,pp.845-849,Jul.2013”公开 了一种大斜视SAR成像的距离非空变MD自聚焦方法，其主要实现步骤为：将惯导系统运动 补偿后的数据划分成N个子孔径数据；将N个子孔径数据分别与方位去斜函数相乘，得到N个 子孔径去斜数据；对N个子孔径去斜数据分别进行方位维傅里叶变换，得到N个频域子孔径 数据；利用N个频域子孔径数据的峰值位置估计目标位置；利用目标位置校正N个子孔径数 据中的剩余方位空变相位误差，得到方位空变相位误差校正后的N个子孔径数据；将方位空 变相位误差校正后的N个子孔径数据分别进行等分，得到N对子孔径数据；对N对等分子孔 径数据进行相关运算，求得距离非空变多普勒调频率误差；利用多普勒调频率误差补偿距离非 空变相位误差，得到含有距离空变相位误差的回波数据；该方法考虑到距离非空变包络位移和 相位误差造成的SAR回波数据聚焦精度差的问题，消除了距离非空变包络位移和相位误差对 SAR回波数据的影响，进一步提高了大斜视SAR回波数据聚焦程度，但是，由于该方法并未 考虑运动误差的距离空变性，导致大斜视SAR回波数据聚焦精度依然不足，进而造成SAR图 像质量差，降低了SAR图像检测和鉴别性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出了一种适用于大斜视SAR成像的距 离空变MD自聚焦方法，用于解决现有MD自聚焦方法中存在的SAR回波数据聚焦精度差的 技术问题。

本发明的技术思路是：在考虑平台运动导致的SAR回波数据中存在距离空变相位误差的 前提下，采用大斜视距离非空变MD方法校正大斜视SAR回波数据中存在的距离非空变包络 位移和相位误差；然后基于大斜视SAR“窄波束平地”假设，使用线性模型表示距离空变相 位误差，并对其进行有效估计和校正，得到聚焦SAR回波数据，具体实现步骤包括：

(1)对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正：

对大斜视SAR回波数据中的距离非空变包络位移和相位误差进行校正，得到含有距离空 变相位误差的回波数据其中，r为雷达到目标的距离，t_a为方位慢时间；

(2)从含有距离空变相位误差的回波数据中选取有效距离单元：

对含有距离空变相位误差的回波数据进行距离分块，并从分块获取的多个距离块 中分别选择信噪比高的距离单元，得到K个有效距离单元；

(3)对K个有效距离单元分别进行方位去斜：