[发明专利]一种基于直升机平台的SAR振动误差估计及补偿方法

说明书

本发明涉及一种基于直升机平台的SAR振动误差估计及补偿方法，主要针对直升机载平台合成孔径雷达进行观测成像时存在的直升机平台自身振动引起的图像聚焦质量下降问题，通过分析回波信号以及振动误差特性，建立相应的含误差信号回波模型，并在此基础上，结合相位梯度自聚焦算法的处理思想，设计完整的运动误差估计及补偿处理流程，消除高频振动误差对成像聚焦的影响，进而获取聚焦效果良好的高分辨SAR图像。

技术领域

本发明属于SAR成像技术领域，具体涉及一种基于直升机平台的SAR振动误差估计及补偿方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)成像技术是通过平台运动形成虚拟大孔径实现方位高分辨，从而获得观测场景的高分辨遥感图像。平台运动既是成像的根本，也是影响成像质量的主要问题之一。为了形成理想均匀直线阵列，要求平台运动矢量在合成孔径时间内保持不变。但在机载SAR成像处理中，大气扰动及平台巡航精度等因素将导致天线相位中心的位置偏移误差，所引入的运动误差将导致成像的散焦和几何形变，对机载高分辨成像，运动补偿必不可少。

对于传统的固定翼飞机及各型无人机，利用载机惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)同步记录的平台位置和运动信息实现机载运动补偿是现有机载SAR成像处理中应用最为广泛的处理手段，现代高精度导航系统精度可达到厘米级，能有效补偿回波数据中大部分运动误差，对于剩余运动误差，可以采用基于数据自聚焦处理技术，如相位梯度自聚焦(PGA)、子孔径偏置(MD)等算法进行估计补偿。经过惯导+数据的两步补偿处理，SAR回波信号中的绝大部分运动误差能够得到有效估计及补偿，再结合相应的成像处理算法，即可获得高分辨SAR图像结果。

相较于固定翼飞机平台，直升机平台成像过程中，不仅会受到大气扰动的影响，同时平台自身存在的高频振动也会叠加在接收到的回波信号之中，导致回波中不仅存在平台运动偏离带来的低频运动误差，还存在有平台振动带来的高频误差。传统的惯导+自聚焦两步运动误差补偿算法仅对低频误差具有较好的处理效果，无法对存在的高频振动误差进行精确的估计补偿，进而导致散射点旁瓣水平抬高，分辨率下降，整体图像质量恶化。如何精确地估计补偿信号中存在的高频振动误差，是获取直升机平台下聚焦效果良好的高分辨SAR图像的关键。

发明内容

要解决的技术问题

理想的机载SAR成像期望平台运动矢量需要在合成孔径时间内保持不变，但对直升机载平台而言，受气流、振动等因素的影响，天线相位中心的位置会产生较为明显的偏移运动误差。不同频率成份的运动误差对SAR成像的影响也不尽相同，其中低频振动主要造成二次相位畸变，图像方位分辨率下降；高频振动主要造成旁瓣电平升高、强目标点会出现周期性的重影、积分旁瓣抬高等现象，因此为实现直升机载高分辨SAR成像，需要进行较为精确的运动补偿处理。

利用载机惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)和全球定位系统(Global Position System,GPS)组成的组合导航系统同步记录平台位置和运动信息可以实现直升机机载SAR成像的运动补偿，也是目前最常用、最为可靠的手段。但受限于惯导数据率、精度等影响，组合导航系统往往无法准确测量出载机平台运动误差，必将导致RD类成像算法前期的运动补偿存在残余运动误差。此时经方位FFT变换后，回波多普勒谱通常会存在一定的偏移和扭曲，从而造成基于多普勒域解耦和处理的距离徙动校正精度急剧下降。

技术方案

一种基于直升机平台的SAR振动误差补偿成像方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立含振动误差斜距模型；