[发明专利]超宽带调频连续波SAR自聚焦成像方法

说明书

本发明提供了一种超宽带调频连续波SAR自聚焦成像方法，包括以下步骤：利用外部传感器测量的运动参数，采用距离徙动算法成像得到初步粗聚焦图像；在所述成像流程中分析超宽带调频连续波SAR二维误差的特点，建立二维频域的误差模型；在所述二维频域的误差模型的基础上进行距离徙动误差的估计和补偿；在所述二维频域的误差模型的基础上进行方位相位误差的估计和补偿。本发明给出了超宽带调频连续波SAR图像二维散焦的解决办法，具备流程简单易行；运算复杂度低；对场景目标的依赖度低等显著优势。

技术领域

本发明涉及超宽带调频连续波雷达技术领域，特别涉及一种超宽带调频连续波SAR自聚焦成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)作为一种现代热门的遥感技术手段，能够穿云透雾，突破时间、空间的限制，高效获取高分辨率图像，在民用以及军事领域被广泛的应用于目标成像、追踪和识别。也正是其广阔、复杂的应用场景对SAR系统的性能提出了更高的要求，比如：更高的空间分辨率、更大的测绘幅宽、更快的响应时间。因此对应到雷达系统的实现上，核心需求为对宽带信号的高速操控，即产生、控制、传输、处理宽带信号。然而传统雷达受制于电子学速率瓶颈，在高速电磁微波的生成、采样、接收等方面遇到很多难以解决的问题。微波光子雷达系统以光子为载体，利用丰富的光谱资源和灵活的光子技术，具有大带宽、抗电磁干扰、重量轻、体积小、无相互辐射干扰等优势，有望引领雷达系统新一代潮流，为遥感领域带来翻天覆地的变化。本发明以利用微波光子技术实现的超宽带调频连续波SAR为背景，分析该类系统的特征及在成像过程中面临的问题，并据此提出一种自聚焦成像算法。

微波光子雷达因其实现方式的特殊性以及超宽带信号的应用，在成像方面将不可避免地存在一些传统雷达不涉及或不关注的困难。一方面，微波光子雷达系统中一般依靠光纤传输，光线对于外部环境的变化非常敏感：温度、湿度、物理抖动都会为系统带来额外未知的时间延迟。这一影响在长光纤应用的条件下更为严重。另一方面，微波光子雷达通常采用宽带信号来实现高分辨率成像。当信号带宽达到载波频率的四分之一时，被认为是超宽带。因而面临的频率色散、波长变化等问题在此类系统中的影响不容忽略。总之，以上两因素如果得不到合适的消除或补偿将对严重影响成像质量。在超高分辨率的条件下，不仅会导致方位向相位随机误差，还会造成跨距离门的徙动误差，最终的成像结果将会出现二维散焦。由于以上两方面具有很强的时变性，而每次实验前进行定标测量是不现实的，因此可行的方法是对粗聚焦图像进行后处理以实现图像的补偿。

在实现本发明的过程中，申请人发现上述现有技术存在如下技术缺陷：

截止目前，已经出现很多二维自聚焦方法，一般而言，校正跨距离门徙动的方法，比如借助ISAR中互相关函数进行距离对准等方法，能够估计出数值范围较大的误差，但通常精度较低；对于方位向残余相位误差，最常用的方法是相位梯度自聚焦(phase gradientautofocus，PGA)，该类方法估计精度很高，但是由于相位缠绕难以估计较大的误差。所以二维自聚焦的实现包括两个步骤：先校正跨距离门误差再补偿残余方位向相位误差。但是值得注意的是，现有的聚焦方法主要针对由运动参数造成的图像模糊，这类误差主要有飞行平台偏离理想直线轨迹的情况以及运动测量传感器的测量误差组成。这类算法隐含的基本假设是场景中的目标在时域经历相同的运动误差，也即残余跨距离门徙动近似是距离空不变的，因而距离向误差的主要分量能够通过一致校正去除，并将残余误差限制在一个距离门内。但是联系微波光子系统中的特殊性，以上假设对于由成像参数造成的图像散焦情况不成立，现有的自聚焦方法不再适用。