基于回波数据的视频合成孔径雷达运动补偿成像方法技术

本发明专利技术提供了一种视频合成孔径雷达运动补偿成像方法，该算法可以直接完成运动误差的估计和补偿，不需要进行迭代，从而减少了运算量。在利用运动传感器完成粗补偿的基础上，采用本发明专利技术的运动补偿成像算法可补偿残余的相位误差，实现ViSAR高质量成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于目标高分辨率成像
，具体涉及一种基于回波数据的视频合成 孔径雷达运动补偿成像方法。
技术介绍
视频合成孔径雷达（VideoSyntheticApertureRadar，ViSAR)是一种工作在太 赫兹频段，能够实现全天时、全天候、高精度对地面目标区域进行高帧率实时成像的雷达系 统。在现代战争环境中，相比于红外/可见光成像系统而言，ViSAR具有可穿透烟雾、全天候 全天时成像的优势，可有效克服红外/可见光成像系统易受天气条件和战场环境影响的缺 点。相对传统微波SAR而言，ViSAR工作在波长更短的太赫兹波频段，具有成像帧率高、方向 性好、分辨率高、体积小、抗干扰能力和反隐身能力强等优势，可克服常规SAR系统帧速低、 动目标检测跟踪难的缺陷。ViSAR通过一帧帧清晰影像的渐变显现形成视觉活动图像，使作 战指挥人员能够更加直观地感知目标区域的动态信息，有效提升了侦察能力和机动作战能 力，将成为战场侦察和精确制导科学战胜敌军的重要军事手段。 在SAR技术中，运动是SAR的依据，也是产生问题的根源。为获得高质量ViSAR图 像，运动补偿是必不可少的。目前，一般SAR常用的运动补偿技术主要分为基于运动传感器 的补偿和基于信号处理补偿两种。前者依靠惯性导航系统（INS)或惯性测量单元（IMU)测 得的数据重构运动轨迹，其测量精度影响补偿效果。后者是依据雷达自身回波的自聚焦技 术，但补偿算法复杂。考虑到两种技术优点和不足，在实际应用中，一般将两种技术相结合， 即利用惯导数据进行粗补偿的同时通过信号处理对回波数据精补偿，最终实现SAR高分辨 率成像。由于SAR回波数据的相位对于载机的运动误差非常敏感，为满足成像质量，运动误 差补偿通常需要提供比雷达工作波长小一个数量级的运动误差信息。对于工作在太赫兹波 段的ViSAR系统来说，需要亚毫米级精度的惯性测量单元，目前的惯性测量单元还不能达 到这样的测量精度，因此从原始数据中提取相位误差进行补偿是改善ViSAR图像质量的有 效途径。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 本专利技术的目的在于，提供一种基于回波数据的视频合成孔径雷达运动补偿成像方 法，能补偿高分辨ViSAR成像中存在的运动误差，提高了图像质量。 (二）技术方案 本专利技术提供一种，包括： S1，对视频合成孔径雷达的回波数据进行距离压缩，得到第一信号Si(R，X)，其中， X为雷达的方位位置，R为距离位置； S2,对第一信号Si(R，X)进行图像粗聚焦，得到第三信号S3 (R，kx)，其中，kx为方位 向波数； S3,从第三信号S3(R，kx)中选取特显点，并由特显点中提取相位误差Δφ(χ); S4,通过将第一信号Si(R，χ)与exp(_jΔφ(X))相乘，以消除相位误差Δφ(X)， 获得第四信号S4(R，χ)，其中，j为虚数单位； S5、对第四信号S4(R，χ)再次进行图像粗聚焦，得到最终聚焦图像。 (三）有益效果 本专利技术提供了一种视频合成孔径雷达运动补偿成像方法，可以直接完成运动误差 的估计和补偿，不需要进行迭代，从而减少了运算量。在利用运动传感器完成粗补偿的基础 上，采用本专利技术的运动补偿成像方法可补偿残余的相位误差，实现ViSAR高质量成像。【附图说明】 图1是本专利技术提供实施例的视频合成孔径雷达运动补偿成像方法。 图2是未做相位补偿的三个角反射器二维成像结果。 图3是使用本专利技术方法后的三个角反射器二维成像结果。【具体实施方式】 本专利技术提供一种视频合成孔径雷达运动补偿成像方法，该算法可以直接完成运动 误差的估计和补偿，不需要进行迭代，从而减少了运算量。在利用运动传感器完成粗补偿的 基础上，采用本专利技术的运动补偿成像算法可补偿残余的相位误差，实现ViSAR高质量成像。 根据本专利技术的一种实施方式，视频合成孔径雷达运动补偿成像方法包括： S1，对视频合成孔径雷达的回波数据进行距离压缩，得到第一信号Si(R，X)，其中， χ为雷达的方位位置，R为距离位置； S2,对第一信号Si(R，χ)进行图像粗聚焦，得到第三信号S3 (R，kx)，其中，kx为方位 向波数； S3,从第三信号S3(R，kx)中选取特显点，并由特显点中提取相位误差Δφ(χ); S4,通过将第一信号Si(R，χ)与exp(_jΔφ(χ))相乘，以消除相位误差Δφ(χ)， 获得第四信号S4(R，χ)，其中，j为虚数单位； S5、对第四信号S4(R，χ)再次进行图像粗聚焦，得到最终聚焦图像。 根据本专利技术的一种实施方式，步骤S1包括： 根据宽频带的发射信号形式，对回波数据进行距离压缩，其中，回波数据是经过运 动传感器完成粗补偿后的回波数据，在距离压缩中，可忽略距离徙动误差的影响，只考虑相 位误差，得到第一信号Si(R，χ)的表达式为： 其中，R。为雷达与目标的最短斜距，Rn为瞬时斜距，B为发射信号带宽，c为电磁波 在自由空间的传播速度，f。为雷达中心频率，Ar为平台的运动误差。 根据本专利技术的一种实施方式，步骤S2包括： S21，将第一信号Si(R，χ)沿χ方向做快速傅里叶变换，得到第二信号S2 (R，kx); S22,将第二信号S2(R，kx)与匹配滤波器H(R，kx)相乘，并沿χ方向做快速傅里叶 逆变换，得到第三信号S3 (R，kx)。 根据本专利技术的一种实施方式，匹配滤波器H(R，kx)的表达式为： 其中，k。为载波波数；R"为离散化的距离位置，其是随距离而变化。 根据本专利技术的一种实施方式，步骤S3包括： S31，从第三信号S3 (R，kx)中提取特显点位置xnl，构建雷达与特显点的瞬时斜距表 达式； S32,根据瞬时斜距表达式，得到特显点在距离压缩域的理想回波相位（i>ldMl; S33,将特显点所在的距离线与理想回波相位Φldeal共辄相乘后，取其相位，得到相 位误差Δφ (X)。 根据本专利技术的一种实施方式，从第三信号S3(R，kx)中提取特显点的最短斜距，根 据第三信号S3(R，kx)最大幅值位置来确定方位向位置，得到特显点位置。 根据本专利技术的一种实施方式，在步骤S31中，从第一信号Si(R，x)中提取天线方向 图和相位曲线，从天线方向图和相位曲线中，寻找同时满足方向图幅值最大和相位变化最 慢的坐标位置，作为特显点位置χη2，在特显点位置χη1、χη2组成的范围中估计相位 误差，选取最终目标旁瓣最低的特显点位置，以构建雷达与特显点的瞬时斜距表达式。 根据本专利技术的一种实施方式，相位误差Δφ (X)的表达式为：Αφ (X)= (J)r(x)-(J)ideal，其中，φ?为特显点的实际相位； Φr(X)的表达式为：，其中，RCTr为实际瞬时斜距，R。为 理想最近斜距，β为瞬时斜视角； Φidf3al的表达式为：其中，Rn为理想瞬时斜距。 根据本专利技术的一种实施方式，步骤S5还包括： 将第四信号S4(R，X)在方位向通过匹配滤波方式进行脉冲压缩，得到最终聚焦图 像。 为使本发当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于回波数据的视频合成孔径雷达运动补偿成像方法，其特征在于，包括：S1，对视频合成孔径雷达的回波数据进行距离压缩，得到第一信号S1(R，x)，其中，x为雷达的方位位置，R为距离位置；S2，对所述第一信号S1(R，x)进行图像粗聚焦，得到第三信号S3(R,kx)，其中，kx为方位向波数；S3，从所述第三信号S3(R,kx)中选取特显点，并由特显点中提取相位误差Δφ(x)；S4，通过将所述第一信号S1(R，x)与exp(‑jΔφ(x))相乘，以消除所述相位误差Δφ(x)，获得第四信号S4(R，x)，其中，j为虚数单位；S5、对所述第四信号S4(R，x)再次进行图像粗聚焦，得到最终聚焦图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张群英，江兆凤，李超，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11