[发明专利]一种合成孔径雷达频域BP算法的运动误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种合成孔径雷达频域BP算法的运动误差补偿方法，它是基于图像锐度最优准则通过估计等效相位中心误差进行运动补偿，首先采用雷达平台匀速直线运动轨迹进行并利用频域BP算法进行成像，获得通过频域BP算法成像得到的未聚焦的SAR图像，然后以SAR图像锐度作为目标函数，利用最优化技术估计出天线相位中心位置误差，最后将估计出的APC位置误差加到匀速直线运动轨迹上，获得APC绝对位置，并用频域BP算法进行最终的高精度成像。本发明由于首先在频域进行成像处理，且无需要计算散射点到阵元的距离史，所需运算时间比时域的自聚焦BP算法大大减少，因此更适用于大场景、长孔径、高精度SAR成像。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)高分辨率成像的技术领域，它特别涉及到了SAR高精度运动补偿的技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，具有全天时和全天候工作的优点，已被广泛应用各个领域，如地形测绘、制导、环境遥感和资源勘探等。SAR应用的重要前提和信号处理的主要目标是通过成像算法获取高分辨、高精度的微波图像。但是诸多环境因素(如风场、湍流等)将导致雷达载体平台的运动轨迹偏离设计的理想轨迹，从而严重影响SAR图像的质量(包括聚焦深度、对比度等)。因此，运动补偿技术成为了SAR成像过程中的关键技术。

频域后向投影(BP)算法首先将合成孔径雷达原始数据沿距离向进行距离压缩(脉冲压缩)，从每个孔径的原始回波频谱中获得图像频谱的反投影值，并乘以相位补偿因子。然后，对每个孔径的图像频谱进行累积，重建出最终的图像频谱。最后，通过图像频谱的反傅立叶变换，计算出在时域的图像。由于在已知平台轨迹的前提下，频域BP算法可以有效的补偿运动误差，并且成像效率高，因此成为一种具有应用前景的算法。详见“Zhe Li,JianWang,Qing Huo Liu,Frequency-Domain Backprojection Algorithm for SyntheticAperture Radar Imaging[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters.2015,12(4):905-909”。然而，当运动轨迹出现偏差，测量设备精度不能满足要求时，不能精确补偿相位，将导致成像结果散焦。因此研究运动误差补偿算法对频域BP高精度成像具有重要意义。

自聚焦算法有基于相位误差函数的自聚焦算法，如相位梯度自聚焦、子视图相关算法等，和基于雷达成像质量的自聚焦算法，如基于最小熵算法、基于最大锐度和基于最大对比度算法等。详见“皮亦鸣,杨建宇,付毓生,et al.合成孔径雷达成像原理[M].电子科技大学出版社,2007”。其中，基于锐度的自聚焦算法能够实现较好的相位误差补偿，目前有大量基于图像锐度的自聚焦算法。如，基于图像锐度采用自然几何优化的自聚焦BP算法(详见“J.N.Ash,An autofocus method for backprojection imagery in synthetic apertureradar[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters.2012,9(1):104-108”)，基于半正定规划最大锐度自聚焦算法(详见“Wei S J,Zhang X L,Hu K B,et al.“LASARautofocus imaging using maximum sharpness back projection via semidefiniteprogramming,IEEE Radar Conference,1311-1315,2015.”)等。但是，这些自聚焦算法都面临着计算量大或无法对整个场景进行精确的相位补偿的问题。且这些方法不适用于频域BP算法，难以对频域BP算法成像进行高精度误差补偿。

发明内容