适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法技术

本发明专利技术提出了一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，解决了现有MD自聚焦方法中存在的SAR回波数据聚焦精度不足的技术问题，实现步骤为：1)对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正；2)从含有距离空变相位误差的回波数据中选取K个有效距离单元；3)对K个有效距离单元分别进行方位去斜；4)获取K个方位去斜数据的方位像相关函数图；5)利用方位像相关函数图获取方位像相关函数累加图；6)利用方位像相关函数累加图估计距离空变多普勒调频率误差；7)利用距离空变多普勒调频率误差校正回波数据中的距离空变相位误差。本发明专利技术有效地提高了SAR回波数据的聚焦程度，有助于提高SAR图像的检测和鉴别性能。

A distance space variant MD self focusing method for large strabismus SAR imaging

The invention provides a suitable for high squint SAR imaging distance of space variant MD self focusing method, solves the technical problems existing in MD since the SAR echo data exist in the focusing accuracy focusing method is insufficient, the implementation steps are as follows: 1) the echo data in the distance of space variant phase error in calibration; 2) select the K effective distance unit from the echo data containing the range variant phase error; 3) on K cell were effective distance range to 4) to acquire K cable; cable to range data range like correlation function map; 5) using range like correlation function diagram to obtain azimuth image correlation function cumulative graph 6); like correlation function to estimate the distance dependent tired Cato Doppler frequency rate error using the range; 7) using the range variant of Doppler frequency rate error correction range variant phase error in the echo data. The invention effectively improves the focusing degree of the SAR echo data, and helps to improve the detection and identification performance of the SAR image.

【技术实现步骤摘要】
适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法
本专利技术属于数字信号处理
，涉及一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，可用于多种大斜视SAR成像算法中的聚焦处理。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是雷达成像的主体，其应用范围最广。根据雷达视线与平台航线垂直方向的夹角大小，雷达成像分为正侧视、小斜视和大斜视等成像模式。其中，大斜视成像模式能够提高现代雷达系统的灵活性和检测性能，因此在应用中比正侧视和小斜视等成像模式更受青睐。然而，在实际的大斜视SAR成像的过程中，大气扰动和平台震动导致了雷达的实际航迹与理想航迹之间的偏离，这种偏离称为运动误差，表现在回波数据中就是回波数据中存在包络位移和相位误差。回波数据中的包络位移和相位误差会降低SAR成像图像的质量，对SAR图像检测和鉴别带来困难，因此必须采取措施消除回波数据中的包络位移和相位误差。根据包络位移和相位误差产生的原因，一种方式是通过在平台上安装高精度惯性导航系统来尽可能获得理想航迹，减小回波数据中的包络位移和相位误差，但是这种方法成本高，代价大。另一种方式是利用回波数据估计平台运动误差，进而对回波数据中的包络位移和相位误差进行校正，这就是自聚焦。目前，大斜视SAR成像的自聚焦方法典型的有相位梯度自聚焦(PhaseGradientAutofocus，PGA)方法和图像偏置(MapDrift，MD)自聚焦方法，其中，PGA方法是利用图像中的部分特显点估计回波数据中的包络位移和相位误差并对其进行校正，但实现过程容易受到杂波和噪声的影响，导致鲁棒性降低。MD自聚焦方法是利用子孔径二阶运动误差模型估计回波数据中的包络位移和相位误差并对其进行校正，该方法相比PGA方法，鲁棒性更好，但是自聚焦精度不足，为了解决上述问题，文献“Thespace-variantphase-errormatchingmap-driftalgorithmforhighlysquintedSAR,IEEEGeosci.RemoteSens.Lett.,vol.10,no.4,pp.845-849,Jul.2013”公开了一种大斜视SAR成像的距离非空变MD自聚焦方法，其主要实现步骤为：将惯导系统运动补偿后的数据划分成N个子孔径数据；将N个子孔径数据分别与方位去斜函数相乘，得到N个子孔径去斜数据；对N个子孔径去斜数据分别进行方位维傅里叶变换，得到N个频域子孔径数据；利用N个频域子孔径数据的峰值位置估计目标位置；利用目标位置校正N个子孔径数据中的剩余方位空变相位误差，得到方位空变相位误差校正后的N个子孔径数据；将方位空变相位误差校正后的N个子孔径数据分别进行等分，得到N对子孔径数据；对N对等分子孔径数据进行相关运算，求得距离非空变多普勒调频率误差；利用多普勒调频率误差补偿距离非空变相位误差，得到含有距离空变相位误差的回波数据；该方法考虑到距离非空变包络位移和相位误差造成的SAR回波数据聚焦精度差的问题，消除了距离非空变包络位移和相位误差对SAR回波数据的影响，进一步提高了大斜视SAR回波数据聚焦程度，但是，由于该方法并未考虑运动误差的距离空变性，导致大斜视SAR回波数据聚焦精度依然不足，进而造成SAR图像质量差，降低了SAR图像检测和鉴别性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出了一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，用于解决现有MD自聚焦方法中存在的SAR回波数据聚焦精度差的技术问题。本专利技术的技术思路是：在考虑平台运动导致的SAR回波数据中存在距离空变相位误差的前提下，采用大斜视距离非空变MD方法校正大斜视SAR回波数据中存在的距离非空变包络位移和相位误差；然后基于大斜视SAR“窄波束平地”假设，使用线性模型表示距离空变相位误差，并对其进行有效估计和校正，得到聚焦SAR回波数据，具体实现步骤包括：(1)对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正：对大斜视SAR回波数据中的距离非空变包络位移和相位误差进行校正，得到含有距离空变相位误差的回波数据其中，r为雷达到目标的距离，ta为方位慢时间；(2)从含有距离空变相位误差的回波数据中选取有效距离单元：对含有距离空变相位误差的回波数据进行距离分块，并从分块获取的多个距离块中分别选择信噪比高的距离单元，得到K个有效距离单元；(3)对K个有效距离单元分别进行方位去斜：对K个有效距离单元分别进行方位去斜，得到K个含有距离空变相位误差的方位去斜数据其中，rk为第k个距离单元中的目标到雷达的距离，k＝1,2,…,K；(4)获取K个方位去斜数据的方位像相关函数图C(r,w)：(4a)在方位维上对K个方位去斜数据分别进行等分，得到K个方位去斜数据对应的K对子孔径数据和(4b)对K个方位去斜数据对应的K对子孔径数据和分别进行方位维傅里叶变换，得到K对方位像；对K对方位像分别进行相关运算，得到K个方位像相关函数C(rk,wk)，其中wk为第k个距离单元回波数据的角频率；(4c)将K个方位像相关函数C(rk,wk)进行组合，得到方位像相关函数图C(r,w)，其中w为回波数据的角频率；(5)利用方位像相关函数图C(r,w)获取方位像相关函数累加图F(a,b)：(5a)对方位像相关函数图C(r,w)进行FFT插值，得到平滑度高的方位像相关函数图(5b)基于大斜视SAR“窄波束平地”假设，使用线性模型表示距离空变多普勒调频率误差kr，即kr＝a+b·(r+xr·sinθ)，其中，a为线性模型常数项，b为线性模型一次项，xr为距离雷达r处目标的方位位置，θ为斜视角；(5c)将kr代入平滑度高的方位像相关函数图并沿着中的不同斜线进行累加，得到方位像相关函数累加图F(a,b)；(6)利用方位像相关函数累加图F(a,b)估计距离空变多普勒调频率误差(6a)搜索方位像相关函数累加图F(a,b)的全局最大值，得到线性模型系数a和b的估计值和(6b)将线性模型系数的估计值和代入线性模型，得到距离空变多普勒调频率误差kr的估计值(7)利用距离空变多普勒调频率误差校正回波数据中的距离空变相位误差，得到聚焦SAR回波数据：将距离空变多普勒调频率误差的估计值代入含有距离空变相位误差的回波数据与理想航迹回波数据的关系式，对中的距离空变相位误差进行校正，得到理想航迹下的SAR回波数据的近似即为聚焦SAR回波数据；其中，有距离空变相位误差的回波数据与理想航迹回波数据的关系式为：其中，本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术通过对运动误差造成的距离空变多普勒调频率误差的线性建模，对距离空变相位误差进行了有效的估计和校正，弥补了现有MD自聚焦方法仅考虑距离非空变相位误差的不足，从而进一步提高了SAR回波数据的聚焦精度，有助于获得高质量的SAR图像，进而提高SAR图像检测和鉴别性能。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术方位像相关函数图；图3为本专利技术方位像相关函数累加图；图4为本专利技术和大斜视SAR成像的距离非空变MD自聚焦方法实测数据自聚焦结果对比图；图5为图4的近、远距离局部子图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述。参照图1，一种适用于大斜视SAR成像的距离空变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正：对大斜视SAR回波数据中的距离非空变包络位移和相位误差进行校正，得到含有距离空变相位误差的回波数据

【技术特征摘要】
1.一种适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正：对大斜视SAR回波数据中的距离非空变包络位移和相位误差进行校正，得到含有距离空变相位误差的回波数据其中，r为雷达到目标的距离，ta为方位慢时间；(2)从含有距离空变相位误差的回波数据中选取有效距离单元：对含有距离空变相位误差的回波数据进行距离分块，并从分块获取的多个距离块中分别选择信噪比高的距离单元，得到K个有效距离单元；(3)对K个有效距离单元分别进行方位去斜：对K个有效距离单元分别进行方位去斜，得到K个含有距离空变相位误差的方位去斜数据其中，rk为第k个距离单元中的目标到雷达的距离，k＝1,2,…,K；(4)获取K个方位去斜数据的方位像相关函数图C(r,w)：(4a)在方位维上对K个方位去斜数据分别进行等分，得到K个方位去斜数据对应的K对子孔径数据和(4b)对K个方位去斜数据对应的K对子孔径数据和分别进行方位维傅里叶变换，得到K对方位像；对K对方位像分别进行相关运算，得到K个方位像相关函数C(rk,wk)，其中wk为第k个距离单元回波数据的角频率；(4c)将K个方位像相关函数C(rk,wk)进行组合，得到方位像相关函数图C(r,w)，其中w为回波数据的角频率；(5)利用方位像相关函数图C(r,w)获取方位像相关函数累加图F(a,b)：(5a)对方位像相关函数图C(r,w)进行FFT插值，得到平滑度高的方位像相关函数图(5b)基于大斜视SAR“窄波束平地”假设，使用线性模型表示距离空变多普勒调频率误差kr，即kr＝a+b·(r+xr·sinθ)，其中，a为线性模型常数项，b为线性模型一次项，xr为距离雷达r处目标的方位位置，θ为斜视角；(5c)将kr代入平滑度高的方位像相关函数图并沿着中的不同斜线进行累加，得到方位像相关函数累加图F(a,b)；(6)利用方位像相关函数累加图F(a,b)估计距离空变多普勒调频率误差(6a)搜索方位像相关函数累加图F(a,b)的全局最大值，得到线性模型系数a和b的估计值和(6b)将线性模型系数的估计值和代入线性模型，得到距离空变多普勒调频率误差kr的估计值(7)利用距离空变多普勒调频率误差校正回波数据中的距离空变相位误差，得到聚焦SAR回波数据：将距离空变多普勒调频率误差的估计值代入含有距离空变相位误差的回波数据与理想航迹回波数据的关系式，对中的距离空变相位误差进行校正，得到理想航迹下的SAR回波数据的近似即为聚焦SAR回波数据；其中，含有距离空变相位误差的回波数据与理想航迹回波数据的关系式为：其中，2.根据权利要求1所述的适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，其特征在于，步骤(1)中所述的对回波数据中的距离非空变相位误差进行校正，采用大斜视SAR成像的距离非空变MD自聚焦方法。3.根据权利要求1所述的适用于大斜视SAR成像的距离空变MD自聚焦方法，其特征在于，步骤(4a)中所述的子孔径数据和其表达式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峥，冉磊，宋超，谢荣，
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