一种机载SAR实时成像的方法技术

本发明专利技术公开了一种机载SAR实时成像的方法，包括：估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据；对运动补偿后的数据进行方位向预处理；对方位向预处理后的数据在距离向进行双通道频带合成压缩；对距离向压缩后的数据进行三页式二维转置，并对转置后的数据进行距离徙动校正；对距离徙动校正后的数据进行改进的PGA自聚焦；以及，对自聚焦后的数据进行方位压缩、逆转置和实时压缩，得到SAR压缩图像。本发明专利技术适用于机载SAR距离向双通道频带合成的实时成像处理器，同时具备较高的成像处理质量和较低的处理器延时。

Airborne SAR real-time imaging method

The invention discloses a method, a real-time imaging of airborne SAR include: motion estimation error offset and phase error of the original data range dependent motion compensation processing, get the motion compensation for motion compensation data; the data after the azimuth preprocessing; of azimuth pre processed data in the distance to the dual channel bandwidth synthesis of compression; distance three page to transpose two-dimensional compressed data, and the range migration correction transposed data; the range migration correction data after improved PGA self focusing; and, for self focusing of the data after range compression, inverse transpose and real-time compression, SAR image compression. The invention is suitable for a real-time imaging processor which is synthesized from an airborne SAR range to a dual channel frequency band, and has high imaging processing quality and low processor delay.

【技术实现步骤摘要】
一种机载SAR实时成像的方法
本专利技术涉及机载雷达成像
，尤其涉及一种机载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)实时成像方法。
技术介绍
SAR是一种能够全天候、全天时工作的微波成像系统，可提供目标观测区域大范围高分辨率的雷达图像。广泛应用于国土资源调查、农作物监视、洪水、地震等灾害监测，以及国防等诸多领域。由于大气的扰动，机载SAR平台的实际飞行相对于理想航线常存在一定的偏差，从而造成成像处理的图像散焦，机运动误差是回波数据相位误差的主要来源。如何快速地获得高质量的图像是目前机载SAR实时成像急需解决的重要问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种机载SAR实时成像方法，以实现高分辨率低延时成像。(二)技术方案一种机载SAR实时成像方法，包括：估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据；对运动补偿后的数据进行方位向预处理；对方位向预处理后的数据在距离向进行双通道频带合成压缩；对距离向压缩后的数据进行三页式二维转置，并对转置后的数据进行距离徙动校正；对距离徙动校正后的数据进行改进的PGA自聚焦；以及，对自聚焦后的数据进行方位压缩、逆转置和实时压缩，得到SAR压缩图像。上述方案中，所述估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据，包括：根据惯导参数、脉冲重复频率及不同距离单元的下视角，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量；由运动误差偏移量得到回波信号的相位误差；将相位误差的指数函数与原始数据相乘，得到运动补偿后的数据。上述方案中，所述对运动补偿后的数据进行方位向预处理，包括：对运动补偿后的数据进行杂波锁定，得到多普勒中心补偿后的数据；对多普勒中心补偿后的数据进行方位向预滤波。上述方案中，所述对运动补偿后的数据进行杂波锁定，得到多普勒中心补偿后的数据，包括：对运动补偿后的数据进行小孔径数据缓存，采用能量均衡法对小孔径缓存数据进行多普勒中心估计；根据估计的多普勒中心补偿运动补偿后的数据。上述方案中，所述对多普勒中心补偿后的数据进行方位向预滤波，包括：多普勒中心补偿后的数据与低通FIR滤波器进行时域卷积；对时域卷积后的数据进行降采样，得到方位向预处理后的数据。上述方案中，所述对距离徙动校正后的数据进行改进的PGA自聚焦，包括：根据能量和对比度选取散射点；对散射点循环移位；进行加窗处理；估计残余相位误差；校正残余相位误差。上述方案中，所述距离徙动校正是在距离多普勒域，采用线性插值方法完成。上述方案中，所述运动误差偏移量表示为：Δr(t；i)＝Δy(t)·sinθi+Δz(t)·cosθicosθi＝H/ri其中，Δr(t；i)是第i个距离像素在t时刻至SAR的距离误差；θi表示第i个距离像素对应的雷达下视角；ri表示第i个距离像素对应的斜视距离；H为载机相对于照射目标面的飞行高度；Δy(t)、Δz(t)分别为距离向和垂直高度方向的距离误差。上述方案中，所述回波信号的相位误差表示为：其中，λ为载波波长，Δr(t；i)是第i个距离像素在t时刻至SAR的距离误差。上述方案中，所述相位误差的指数函数为exp(-j·phai(t；i))。(三)有益效果本专利技术提供的机载SAR实时成像的方法采用距离多普勒域成像算法，结合沿距离向的空变运动补偿、杂波锁定、距离向双通道频带合成技术、改进的自聚焦和定时快发等技术，具备较高的成像处理质量和较低的处理器延时。附图说明图1为本专利技术实施例提供的机载SAR实时成像方法流程示意图。图2为本专利技术实施例提供的机载SAR实际航迹与理想航迹的几何关系示意图。图3为本专利技术实施例提供的杂波锁定和方位预处理结合的流程示意图。图4为本专利技术实施例提供的改进PGA自聚焦处理方法流程示意图。图5为本专利技术实施例提供的SAR成像装置结构示意图。图6为本专利技术实施例提供的实时成像处理后的图像。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术实施例提供了一种机载SAR实时成像方法，参见图1，该方法包括：步骤S1：估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据。本步骤中，首先根据载机惯导系统测量到的惯导参数、脉冲重复频率及不同距离单元的下视角，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量，由运动误差偏移量得到回波信号的相位误差，采用包络校正的方法进行运动补偿，包络校正以观察场景中心为基准点进行校正，对相位误差沿距离向进行空变的运动补偿处理。具体地，图2示出了正侧视模式下的载机实际航迹与理想航迹的几何关系。其中，x轴平行于飞行方向，即方位向，y轴垂直于飞行方向，即距离向，z轴为垂直高度方向。点P为测绘带内任意点目标，θ为雷达下视角，H为载机相对于照射目标面的飞行高度。理想航迹与实际航迹的运动误差偏移量可以分解为三个方向轴的分量。其中，载机前进方向的误差偏移量即为飞行方向x轴方向的分量，可通过实时调整脉冲重复频率(PulseRepetitionFrequency，简称PRF)消除。雷达视线方向误差分量由y轴方向的分量Δy(t)和z轴方向的分量Δz(t)组成，是回波信号误差的主要来源。理想情况下，雷达在同一高度，沿着直线飞行，然而，实际飞行时，根据惯导系统实时测到的沿z轴方向的速度分量，造成偏移量Δz(t)。沿y轴方向的速度分量，造成偏移量Δy(t)。视线方向运动误差偏移量可以表示为：Δr(t；i)＝Δy(t)·sinθi+Δz(t)·cosθicosθi＝H/ri其中，Δr(t；i)是第i个距离像素在t时刻至SAR的距离误差；r(t；i)表示第i个距离像素在t时刻至SAR的距离；θi表示第i个距离像素对应的雷达下视角；ri表示第i个距离像素对应的斜视距离。不同距离像素对应的雷达视角不同，距离像素间隔是c/2fs，其中，c是光速，fs是距离向采样率。实际中，由运动误差偏移量得到回波信号的相位误差可表示为：其中，λ为载波波长。将相位误差的指数函数exp(-j.phai(t；i))与SAR的原始数据相乘，得到运动补偿后的数据，完成对原始数据沿距离向的空变运动误差补偿。这种运动补偿的结果，可以将条带大部分的运动误差去掉。步骤S2：对运动补偿后的数据进行方位向预处理。参见图3，步骤S2包括：子步骤S21：对运动补偿后的数据进行杂波锁定，得到多普勒中心补偿后的数据。在实际飞行时，雷达载机飞行姿态的不稳定性，以及雷达照射场景的不均匀性，都会造成回波中心在频率轴上摆动。采用能量均衡法，该方法把横向功率谱直接分成两部分，使两部分的能量相等，则能量等分点处的频率即为多普勒中心。相关运算在频域进行，利用FFT的高效率以减小运算量。对运动补偿后的数据，实时地循环缓存1024点的方位向数据，即进行小孔径数据缓存，采用上述能量均衡法对小孔径缓存数据进行多普勒中心估计后，再根据估计的多普勒中心补偿运动补偿后的数据：式中：s0(n)是运动补偿后的数据；s(n)是多普勒中心补偿后的信号；n表示方位向采样点数；fdc表示估计的多普勒中心，PRF为脉冲重复频率。根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载SAR实时成像方法，其特征在于，包括：估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据；对运动补偿后的数据进行方位向预处理；对方位向预处理后的数据在距离向进行双通道频带合成压缩；对距离向压缩后的数据进行三页式二维转置，并对转置后的数据进行距离徙动校正；对距离徙动校正后的数据进行改进的PGA自聚焦；以及，对自聚焦后的数据进行方位压缩、逆转置和实时压缩，得到SAR压缩图像。

【技术特征摘要】
1.一种机载SAR实时成像方法，其特征在于，包括：估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据；对运动补偿后的数据进行方位向预处理；对方位向预处理后的数据在距离向进行双通道频带合成压缩；对距离向压缩后的数据进行三页式二维转置，并对转置后的数据进行距离徙动校正；对距离徙动校正后的数据进行改进的PGA自聚焦；以及，对自聚焦后的数据进行方位压缩、逆转置和实时压缩，得到SAR压缩图像。2.根据权利要求1所述的机载SAR实时成像方法，其特征在于，所述估计运动误差偏移量以及相位误差，对原始数据进行距离向空变运动补偿处理，得到运动补偿后的数据，包括：根据惯导参数、脉冲重复频率及不同距离单元的下视角，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量；由运动误差偏移量得到回波信号的相位误差；将相位误差的指数函数与原始数据相乘，得到运动补偿后的数据。3.根据权利要求1所述的机载SAR实时成像方法，其特征在于，所述对运动补偿后的数据进行方位向预处理，包括：对运动补偿后的数据进行杂波锁定，得到多普勒中心补偿后的数据；对多普勒中心补偿后的数据进行方位向预滤波。4.根据权利要求3所述的机载SAR实时成像方法，其特征在于，所述对运动补偿后的数据进行杂波锁定，得到多普勒中心补偿后的数据，包括：对运动补偿后的数据进行小孔径数据缓存，采用能量均衡法对小孔径缓存数据进行多普勒中心估计；根据估计的多普勒中心补偿运动补偿后的数据。5.根据权利要求3所述的机载SAR实时成像方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘碧丹，刘畅，王岩飞，王超，王琦，詹学丽，
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