[发明专利]一种颠簸平台SAR三维运动误差估计方法

说明书

本发明公开了一种颠簸平台SAR三维运动误差估计方法，本发明针对的雷达平台为颠簸平台，对颠簸平台的三维运动误差造成的成像散焦问题，通过在未经运动误差补偿的原始图像中依据图像对比度筛选出多个强散射区域，并估计出各强散射区域的局部相位误差，再利用总体最小二乘法对三维运动误差进行粗估计，最后通过高斯牛顿迭代得到精确的三维运动误差。在颠簸平台SAR成像中，采用本方法可以实现误差的空变补偿，进而改善颠簸平台SAR成像质量。

技术领域

本发明属于SAR成像技术领域，特别涉及一种颠簸平台SAR三维运动误差估计方法，可用于无人机等颠簸平台的SAR成像处理。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动式微波有源传感器，可以全天时、全天候、远距离获取观测场景的二维图像，已广泛应用于各种雷达载体。然而，由颠簸平台三维运动误差造成的相位误差会使成像质量退化。一种有效的改进方式是利用颠簸平台的全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)对原始数据进行补偿，但只有其精度达到波长级才能保证聚焦效果。因此基于数据的运动补偿方法在SAR成像中具有重要作用。

传统自聚焦方法如图像偏移法(MD)、相位梯度自聚焦(PGA)算法等均假设相位误差是空间不变的，即非空变的。但实际上，由三维运动误差造成的相位误差是随空间变化的，即空变的，因此出现了一些通过估计三维运动误差来补偿空变相位误差并实现图像聚焦的方法。对于三维运动误差估计，传统方法多通过最小二乘法(LS)和总体最小二乘法(TLS)求解超定方程组计算得到对运动误差。由于存在计算误差及其它干扰，其计算结果仍存在一定的残余误差。

当雷达平台为颠簸平台时，其运动轨迹更为复杂，三维运动误差造成的图像散焦也更为明显。因此传统自聚焦方法和基于LS或TLS的三维运动误差估计方法无法满足颠簸平台SAR成像质量要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种颠簸平台SAR三维运动误差估计方法，本发明通过在未经运动误差补偿的原始图像中依据图像对比度筛选出多个强散射区域，并估计出各强散射区域的局部相位误差，再利用总体最小二乘法对三维运动误差进行粗估计，最后通过高斯牛顿迭代得到精确的三维运动误差。在颠簸平台SAR成像中，采用本方法可以实现误差的空变补偿，进而改善颠簸平台SAR成像质量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种颠簸平台SAR三维运动误差估计方法，包括以下步骤：

步骤1，采用颠簸平台SAR发射并接收回波信号；对回波信号进行解调，得到解调后的基带回波信号s₀(τ，t_a)。对基带回波信号用惯导数据进行粗补偿，并进行距离向匹配滤波处理，得到距离压缩后的信号s(τ，t_a)；其中，τ为距离快时间，t_a为方位慢时间；

步骤2，将距离压缩后的信号s(τ，t_m)进行粗聚焦成像，得到未经运动误差补偿的原始图像；

步骤3，根据图像对比度，从原始图像中筛选出多个强散射区域；

步骤4，估计每个强散射区域的局部相位误差函数；

步骤5，将每个局部相位误差函数转换为斜距误差函数，通过总体最小二乘法求解，得到雷达平台三维运动误差初值；

步骤6，构建高斯牛顿迭代函数，将颠簸平台三维运动误差初值作为高斯牛顿迭代的初始步长，通过高斯牛顿迭代函数的多次迭代，对强散射区域中心点与颠簸平台位置的斜距进行修正，进而得到精确的三维运动误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用基于高斯牛顿迭代的三维运动误差估计方法，改善了SAR成像算法的聚焦效果。