基于距离徙动改进算法的实时SAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于距离徙动改进算法的实时SAR成像方法，主要解决现有技术不能实时成像的问题。其实现过程是：1)对第n个子孔径数据进行预处理和距离压缩，并估计其运动误差；2)对第n+1个子孔径数据估计运动误差；3)根据第n个子孔径和第n+1个子孔径各自的运动误差，得到误差差值的线性项a1和常数项a0；4)将第n个子孔径的运动误差补偿给第n个子孔径数据，并进行成像得到粗聚焦图像；5)将第n个子孔径粗聚焦图像投影到投影平面，6)将剩余子孔径数据进行成像，得到粗聚焦图像；7)将所有的粗聚焦图像拼接成全孔径图像，完成实时成像。本发明专利技术能实现对SAR回波数据的实时成像，可用于自然灾害实时评估和国土资源实时监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理领域，涉及一种实时SAR成像方法，可用于自然灾害实 时评估和国土资源实时监测。
技术介绍
合成孔径雷达SAR作为主动式探测器，可以在全天候条件下日夜工作。此外，SAR 可以在不同频率和不同极化模式下工作，这些特性使得SAR在军事和民用领域有着巨大的 应用，近年来对机载合成孔径雷达SAR也展开了很多研宄。 对于机载SAR系统，大气湍流和载机平台速度的不稳定性造成的雷达非理想运 动，这不仅导致SAR成像结果严重模糊，而且使得SAR图像几何失真的。尽管雷达非理想运 动引起的运动误差可以从导航系统中得到，之后进行运动补偿MOCO,然而要实现高精度的 运动补偿MOCO,运动误差的测量精度必须在亚波长级别，这超过了我国一般惯性导航系统 的测量精度。因此，导航测量通常只提供运动误差粗补偿，随后采取自聚焦方法来估计剩余 的运动误差。 然而自聚焦方法依赖于原始数据，该方法从原始数据来估计运动误差，然后对数 据进行运动误差补偿。相位梯度自聚焦PGA作为最有效的自动聚焦算法之一，有着很多改 进的PGA算法，如PGA最大似然相位估计法，其可以估计任意阶相位误差，具有很好的鲁棒 性；还有基于加权最大范数的自聚焦方法，其通过求解二范数最大化的优化函数对目标特 征向量进行估计，避免了特征值的分解过程；但是这些方法都是基于全孔径的数据，也就是 说，只有在全孔径完整的方位数据被接收后，才开始估计运动误差，进行成像处理，因而限 制了 SAR成像的实时处理，不能满足日益增长的实时成像需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于距离徙动改进算法的 实时SAR成像方法，以实现机载合成孔径雷达SAR实时成像处理。 为达到上述目的，本专利技术技术方案通过如下步骤实现： (1)接收原始合成孔径雷达SAR回波信号的第η个子孔径数据Tn，并对该数据依 次进行距离徙动和去斜操作等预处理，得到波数域的回波信号； (2)对波数域的回波信号依次进行距离压缩和相位梯度估计，得到第η个子孔径 的相位误差Δ%和运动误差AS n; (3)对第（η+1)个子孔径数据Τη+1重复步骤⑴和步骤（2)，得到第（η+1)个子孔 径的运动误差AS n+1; ⑷计算第η个子孔径和第（η+1)个子孔径各自运动误差Λ Sn和Λ S n+1重叠部分 的差值，得到差值的线性项％和常数项a μ (5)利用第η个子孔径的运动误差Λ Sn对第η个子孔径原始接收数据Tn进行运 动误差补偿，并对运动误差补偿后的信号?依次进行距离徙动、距离压缩和方位脉压处理， 得到子孔径粗聚焦成像结果In; (6)利用误差估计的线性项&1和常数项a ^，对第η个子孔径粗聚焦成像结果1"进 行后向投影（BPA)，得到投影平面上的SAR图像； (7)对剩余子孔径数据重复步骤⑴至步骤（6)的操作，得到剩余子孔径图像的粗 聚焦成像结果Ιη+1，Ιη+2, Ιη+3,......，并依次将其投影到投影平面，再拼接成全孔径图像，实 现对SAR的实时成像。 本专利技术由于其的运动误差估计是基于子孔径数据的，随着SAR数据流的到达，可 以对每一个子孔径数据进行实时成像聚焦处理，并将每一个子孔径成像结果依次投影到 投影平面，得到分辨率逐渐提高的SAR图像，最终达到全孔径的成像结果，实现实时成像处 理；同时由于本专利技术是基于子孔径数据处理的，因此适用于多种SAR模式，如正侧视SAR，循 序渐进地形扫描SAR (TOPS-SAR)，聚束SAR和滑动聚束SAR。【附图说明】 图1是本专利技术的实现流程图； 图2是本专利技术的雷达数据流产生示意图； 图3是本专利技术的两个子孔径的估计运动误差差值的计算线性项和常数项的示意 图； 图4是本专利技术中不同数目子孔径数据投影后的图像； 图5是本专利技术中不同数目子孔径投影后的点目标成像结果的方位剖面图； 图6是应用本专利技术对P波段正侧视SAR数据处理的成像结果图； 图7是应用本专利技术对Ku波段TOPS SAR数据处理的成像结果图； 图8是应用本专利技术对X波段下机载聚束SAR数据处理的成像结果图； 图9是应用本专利技术对X波段机载滑动聚束SAR数据处理的成像结果图。【具体实施方式】 参照图1，本专利技术对SAR数据处理成像的实现步骤如下： 步骤1，对接收的合成孔径雷达SAR回波数据进行预处理。 本专利技术的合成孔径雷达SAR回波数据产生示意图如图2所示，其中，图2(a)表示 雷达从P 1点运动到P 2点时，雷达接收机接收的雷达回波信号为第1个子孔径数据T 1;图 2 (b)表示雷达从P2点运动到P 3点时，雷达接收机接收的雷达回波信号为第2个子孔径数 据T2;以此类推，雷达从P "点运动到P n+1点时，雷达接收机接收的雷达回波信号为第η个子 孔径数据Τη，η为大于等于1的整数。 对雷达SAR回波数据的预处理就是对每个子孔径数据的预处理，其步骤如下： la)对合成孔径雷达SAR的第η个子孔径回波数据Tn，利用距离徙动算法RMA，将 回波数据从时域转化到波数域； Ib)对波数域数据进行Stolt插值操作，完成对子孔径回波数据的距离徙动校正， 得到距离徙动校正后的回波数据，其中，距离徙动校正后的回波数据中包括有效视频项和 剩余视频项RVP ; Ic)对距离徙动校正后回波数据中的剩余视频项RVP进行去斜处理，完成回波数 据的相干检波，得到预处理后的回波信号。 步骤2,对预处理后的回波信号依次进行距离压缩和相位梯度估计，得到第η个子 孔径的相位误差Δ%和运动误差Λ Sn。 2a)对预处理后的回波数据进行距离脉冲压缩处理，得到距离脉压后的回波数 据； 2b)利用相位梯度法对距离脉压后的回波数据进行相位估计，得到第η个子孔径 的相位误差: 2c)利用第η个子孔径的相位误差计算第η个子孔径的运动误差Λ Sn:【主权项】1. 一种基于距离徙动改进算法的实时SAR成像方法，包括如下步骤： (1) 接收原始合成孔径雷达SAR回波信号的第n个子孔径数据T。，并对该数据依次进 行距离徙动和去斜操作等预处理，得到波数域的回波信号； (2) 对波数域的回波信号依次进行距离压缩和相位梯度估计，得到第n个子孔径的相 位误差A仍和运动误差AS。； (3) 对第（n+1)个子孔径数据Tw重复步骤（1)和步骤（2)，得到第（n+1)个子孔径的 运动误差AS"+i; (4) 计算第n个子孔径和第（n+1)个子孔径各自运动误差AS。和ASw重叠部分的差 值，得到差值的线性项ai和常数项a。； (5) 利用第n个子孔径的运动误差AS。对第n个子孔径原始接收数据T。进行运动误 差补偿，并对运动误差补偿后的信号巧依次进行距离徙动、距离压缩和方位脉压处理，得到 子孔径粗聚焦成像结果I。； (6) 利用误差估计的线性项ai和常数项a。，对第n个子孔径粗聚焦成像结果I。进行后 向投影炬PA)，得到投影平面上的SAR图像； (7) 对剩余子孔径数据重复步骤（1)至步骤做的操作，得到剩余子孔径图像的粗聚焦 成像结果1。+1，1。+2, 1。+3,……，并依次将其投影到投影平面，再拼接成全孔径图像，实现对 SAR的实时成像。2. 根据权利要求1中所述的基于距离徙动改进算法的实时SAR成像方法，其中所述步 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于距离徙动改进算法的实时SAR成像方法，包括如下步骤：(1)接收原始合成孔径雷达SAR回波信号的第n个子孔径数据Tn，并对该数据依次进行距离徙动和去斜操作等预处理，得到波数域的回波信号；(2)对波数域的回波信号依次进行距离压缩和相位梯度估计，得到第n个子孔径的相位误差和运动误差ΔSn；(3)对第(n+1)个子孔径数据Tn+1重复步骤(1)和步骤(2)，得到第(n+1)个子孔径的运动误差ΔSn+1；(4)计算第n个子孔径和第(n+1)个子孔径各自运动误差ΔSn和ΔSn+1重叠部分的差值，得到差值的线性项a1和常数项a0；(5)利用第n个子孔径的运动误差ΔSn对第n个子孔径原始接收数据Tn进行运动误差补偿，并对运动误差补偿后的信号依次进行距离徙动、距离压缩和方位脉压处理，得到子孔径粗聚焦成像结果In；(6)利用误差估计的线性项a1和常数项a0，对第n个子孔径粗聚焦成像结果In进行后向投影(BPA)，得到投影平面上的SAR图像；(7)对剩余子孔径数据重复步骤(1)至步骤(6)的操作，得到剩余子孔径图像的粗聚焦成像结果In+1,In+2,In+3,......，并依次将其投影到投影平面，再拼接成全孔径图像，实现对SAR的实时成像。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光才，景国彬，邢孟道，保铮，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61