一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法技术

本发明专利技术公开了一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，包括以下步骤：S1，生成运动估计和补偿后的子孔径复数图像；S2，选取若干个典型小场景；S3，计算子孔径线性误差并补偿；S4，各子孔径图像精细配准到基准子图上生成全孔径圆迹SAR图像。本发明专利技术提出一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，以解决在缺乏全向角反或龙伯球的机载圆迹SAR成像中如何将各子孔径图像精确配准从而进行非相干合成的难题。本发明专利技术完全依赖回波数据自身运动信息，结合成像几何关系以及相邻子孔径数据间的联系实现圆迹SAR全孔径非相干积累，非常适合于进行非合作目标的侦察和监视；同时，本发明专利技术的数据适用性高，适用场景广。用场景广。用场景广。

【技术实现步骤摘要】
一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其是一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法。

技术介绍

[0002]圆迹SAR通过平台圆周运动和波束控制实现对目标的全方位360
°
观测，获取目标区域的全方位散射特性；根据图像合成方法的差异，把圆迹SAR分为相干累加、非相干累加和取子孔径最大强度值这3种方法。其中，相干累加对于各向同性目标会得到接近理想条件下的分辨率；但是由于组合惯导精度的限制，全孔径相干积累对平台位置误差的估计精度要求非常高，一般要求场景中存在一个各向同性的散射器，用于提取各个角度上的误差；而且对于建筑物等这些非各向同性的目标，全孔径相干累加会造成分辨率和信噪比的损失，破坏目标的散射信息，从而影响图像质量；因此，圆迹SAR除了进行全孔径相干累加，还能进行子孔径图像的非相干累加；一方面，在场景中缺乏各向同性的散射器的情况下，减小运动误差估计和补偿的难度；另一方面，能很好地保留非各向同性目标的特征信息。
[0003]由于圆迹SAR是各个子孔径分别成像，所以每个子孔径误差的估计和补偿值不同，导致相同的目标在不同的子孔径中处于不同的位置，因此，在孔径合成前必须进行子孔径图像间的相互配准。法国ONERA机载X波段圆迹SAR试验中，将360
°
回波数据划分为360个1
°
大小的子孔径分别成像，但是子孔径图像的配准过程未见论述；有关圆迹SAR成像的仿真和试验的文献中，绝大多数都是场景中放置有合适的定标器；但是，在实际数据获取过程中，场景中往往不具备合适的定标器；甚至在数据获取过程中，平台或波束控制的非理想性导致成像波束的抖动频繁，造成在某些子孔径上待成像区域没有被照射到，从而造成数据的缺失，此种情况下非连续子孔径间存在线性误差的差异，自聚焦中经常使用的重叠子孔径PGA算法就无法使用；而且场景越大，场景中各目标误差值的差异越明显。因此，在没有理想定标器的场景中进行圆迹SAR成像，非相干合成中子孔径图像间的配准是一个棘手的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，以解决在缺乏全向角反或龙伯球的机载圆迹SAR成像中如何将各子孔径图像精确配准从而进行非相干合成的难题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，包括以下步骤：S1，生成运动估计和补偿后的子孔径复数图像；S2，选取若干个典型小场景；S3，计算子孔径线性误差并补偿；S4，各子孔径图像精细配准到基准子图上生成全孔径圆迹SAR图像。
[0006]本专利技术中，首先为运动估计和补偿后的子孔径复数图像的生成，随后针对获取的子图像，将其进行坐标系的转换，随后均匀选择多个典型场景；然后进行子孔径线性误差的计算并进行补偿；最后在补偿后的全局直角坐标图像中选择一个基准图像，其他子孔径图
像依次精确配准至该图像上并进行相干累加，最终得到全孔径圆迹SAR图像。
[0007]作为优选，所述步骤S1包括以下步骤：S11，取第1～na个脉冲进行FFBP成像，同时进行非线性误差的估计和补偿，得到子图1的极坐标复数图像数据；其中，圆迹SAR总的脉冲数为Na，每幅子图处理的脉冲数为na，na为2的整数次幂，总的子图数M＝[Na/na]，[]为取整运算；S12，取第na
×
(m
‑
1)+1～na
×
(m
‑
1)+na(1<m≤M)个脉冲进行如步骤S1的成像处理，得到子图m的极坐标复数图像；S13，重复步骤S1和S2，直到完成所有M个子图的成像，得到本地极坐标图像PolarImage
m
(m＝1,2,
…
,M)。
[0008]本专利技术中，根据载机平台组合惯导数据和圆迹SAR原始回波数据，截取部分脉冲数据进行子图本地坐标系成像，可以是频域方法也可以是时域方法，同时进行高阶误差的估计和补偿，每幅子图像中残留线性误差。
[0009]作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：S21，将M个子孔径图像从本地成像坐标系转换至全局直角坐标系，得到全局直角坐标图像CardiImage
m
(m＝1,2,
…
,M)，图像大小为azNum(方位)
×
rgNum(距离)像元，方位向和距离向的采样间隔分别为pixSpaceAz和pixSpaceRg；S22，遍历所有子孔径图像的全局直角坐标图像，在全图范围内均匀选取N个winAz
×
winRg像元的小场景；S23，选择其中一个子孔径的直角坐标图像作为基准，记录N个小场景中心在该图像上的方位坐标spotCordAz
n
和距离坐标spotCordRg
n
(n＝1，2，
…
,N)，单位为像元。
[0010]本专利技术中，针对步骤S1所获得的子图像，将其从本地成像坐标系转换到全局直角坐标系，令全局直角坐标系的X方向指向正北(方位向)，Y方向指向正东(距离向)；在全局直角坐标图像上均匀选择多个典型场景，用于后续进行图像偏移量的估计。
[0011]作为优选，所述步骤S3包括以下步骤：S31，估计相邻子孔径图像间的偏移量；S32，基于成像几何关系建模计算各子图像线性误差；S33，各子孔径图像线性误差的补偿；S34，循环计算步骤S31至步骤S33；S35，所有子孔径最终补偿后的极坐标图像转换至全局直角坐标系。
[0012]本专利技术中，将步骤S2获得的N个小场景在相邻的子孔径图像间通过幅度相关法求方位向和距离向的偏移量，并根据每个子孔径图像中残留的线性误差与最终的直角坐标图像各子孔径间偏移量的关系，建立超定方程组求解每个子孔径图像的线性误差并补偿，以上过程可循环计算；具体的，步骤S34一般循环两次即可。
[0013]作为优选，所述步骤S4包括以下步骤：S41，基本参数设置：设定选择第一个子孔径的图像作为参考，设置全图范围内距离向和方位向的窗口数azWinNum和rgWinNum，窗口大小winSize；S42，在第m个子孔径图像上，将第i行j列的小窗口对应处的图像和参考图像相应位置处的图像进行幅度相关计算，求得两者的偏移量(Xshift
ij
，Yshift
ij
)，其中i＝1，2，
…
，azWinNum，j＝1,2,
…
，rgWinNum；
S43，在第m个子孔径图像上，求得第i行j列的小窗口对应处的图像的对比度Contrast
ij
；S44，重复步骤S42至步骤S43，直到完成所有小窗口的计算；S45，判断对比度Contrast
ij
是否超过阈值，大于阈值的小窗口估计出的偏移量才参与均值和方差的计算；S46，针对所有参与计算的小窗口，计算它们的偏移量的均值和方差；S47，根据步骤S46的均值和方差识别所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，生成运动估计和补偿后的子孔径复数图像；S2，选取若干个典型小场景；S3，计算子孔径线性误差并补偿；S4，各子孔径图像精细配准到基准子图上生成全孔径圆迹SAR图像。2.根据权利要求1所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11，取第1～na个脉冲进行FFBP成像，同时进行非线性误差的估计和补偿，得到子图1的极坐标复数图像数据；其中，圆迹SAR总的脉冲数为Na，每幅子图处理的脉冲数为na，na为2的整数次幂，总的子图数M＝[Na/na]，[]为取整运算；S12，取第na
×
(m
‑
1)+1～na
×
(m
‑
1)+na(1<m≤M)个脉冲进行如步骤S1的成像处理，得到子图m的极坐标复数图像；S13，重复步骤S1和S2，直到完成所有M个子图的成像，得到本地极坐标图像PolarImage
m
(m＝1,2,
…
,M)。3.根据权利要求1或2所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21，将M个子孔径图像从本地成像坐标系转换至全局直角坐标系，得到全局直角坐标图像CardiImage
m
(m＝1,2,
…
,M)，图像大小为azNum(方位)
×
rgNum(距离)像元，方位向和距离向的采样间隔分别为pixSpaceAz和pixSpaceRg；S22，遍历所有子孔径图像的全局直角坐标图像，在全图范围内均匀选取N个winAz
×
winRg像元的小场景；S23，选择其中一个子孔径的直角坐标图像作为基准，记录N个小场景中心在该图像上的方位坐标spotCordAz
n
和距离坐标spotCordRg
n
(n＝1，2，
…
,N)，单位为像元。4.根据权利要求3所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31，估计相邻子孔径图像间的偏移量；S32，基于成像几何关系建模计算各子图像线性误差；S33，各子孔径图像线性误差的补偿；S34，循环计算步骤S31至步骤S33；S35，所有子孔径最终补偿后的极坐标图像转换至全局直角坐标系。5.根据权利要求4所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：S41，基本参数设置：设定选择第一个子孔径的图像作为参考，设置全图范围内距离向和方位向的窗口数azWinNum和rgWinNum，窗口大小winSize；S42，在第m个子孔径图像上，将第i行j列的小窗口对应处的图像和参考图像相应位置处的图像进行幅度相关计算，求得两者的偏移量(Xshift
ij
，Yshift
ij
)，其中i＝1，2，
…
，azWinNum，j＝1,2,
…
，rgWinNum；S43，在第m个子孔径图像上，求得第i行j列的小窗口对应处的图像的对比度Contrast
ij
；
S44，重复步骤S42至步骤S43，直到完成所有小窗口的计算；S45，判断对比度Contrast
ij
是否超过阈值，大于阈值的小窗口估计出的偏移量才参与均值和方差的计算；S46，针对所有参与计算的小窗口，计算它们的偏移量的均值和方差；S47，根据步骤S46的均值和方差识别所有小窗口估计的偏移量的异常值，异常值用中值代替；S48，将小窗口的偏移量赋值给每个窗口的中心位置，所有小窗口的中心位置在整幅图像中形成一个azWinNum
×
rgWinNum的格网形状；S49，除了图像边缘，每个格网块与四个角点的偏移量值相关，根据这四个测量值计算各格网块的仿射变换关系式；S410，根据步骤S49得到的仿射关系式将第m个子孔径补偿后的全局直角坐标图像重采样到基准图像上；S411，将步骤S410得到的重采样后的图像与基准图像非相干累加，并将结果图像作为新的基准图；S412，重复上述步骤S42至步骤S411，直到所有子孔径图像都完成累加。6.根据权利要求4所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S31包括以下步骤：S311，根据小场景的中心方位坐标和距离坐标，在各子孔径的全局直角坐标图像CardiImage
m
上切割出各个小场景图像spotImage
mn
，该变量表示第m个子孔径图像上的第n个小场景，各小场景大小为winAz
×
winRg像元；S312，计算各个小场景图像spotImage
mn
的幅度spotImgAmp
mn
和对比度；S313，对于相邻两子孔径，利用幅度相关的方法估计小场景幅度图像spotImgAmp
mn
和spotImgAmp
m+1,n
间的偏移量(ΔX
m,m+1,n
，ΔY
m,m+1,n
)；S314，对于所有子孔径，重复步骤S312和步骤S313，，直到完成M
‑
1个相邻子孔径的计算。7.根据权利要求4所述的一种无定标器的圆迹SAR全孔径成像方法，其特征在于，所述步骤S32包括以下步骤：S321，对于相邻的两个子孔径m和m+1，判断第n个小场景spotImage
mn
和spotImage
m+1，n
的对比度是否大于门限值；若否，则该场景的偏移量不参与计算；若是，计算这两个子孔径图像间所有有效的Neff(Neff<＝N)个小场景偏移量的中值(Ex
m,m+1
，Ey
m,m+1
)和标准方差(σx
m,m+1
，σy
m,m+1
)；步骤S322，对于相邻的两个子孔径，判断第...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟雪莲，张佳佳，沈明星，陈曦，王金峰，刘仍莉，胡虹，刘志坤，郝慧军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：