基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法技术

本发明专利技术提供一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，分别找到使得各子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值，再对误差进行融合和补偿，最终实现聚焦成像，尤其适用于受到地表高程起伏、电离层闪烁误差、一般情况下的背景电离层误差、定轨误差以及天线振动误差等非理想因素影响的GEO SAR图像的自聚焦成像。图像的自聚焦成像。图像的自聚焦成像。

【技术实现步骤摘要】
基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法


[0001]本专利技术属于合成孔径雷达
，尤其涉及一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法。

技术介绍

[0002]地球同步合成孔径雷达在地球同步轨道或地球静止轨道上运行，轨道高度约为36000km，具有轨道高度高、成像条带大、重访时间短的特点。
[0003]由于地球同步合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度极高、合成孔径时间长，不可避免地会受到非理想因素的影响，具体为：
[0004](1)非理想大气传播。非理想大气传播产生的误差主要来自于电离层和对流层。电离层产生的误差来自于两方面，一是电离层闪烁引起随机的幅度和相位波动，主要影响SAR图像的旁瓣；二是背景电离层引起的多项式相位误差，从而影响图像质量甚至使图像散焦。对流层产生的误差也来自于两方面：一是对流层湍流引起的随机相位波动，主要影响SAR图像的旁瓣；二是背景对流层引起的多项式相位误差，会影响图像质量，甚至使图像散焦。
[0005](2)轨道测量误差。对于GEO SAR来说，多种不同形式的摄动都会导致卫星偏离理想轨道。可以通过定轨系统来测量精确轨道，但是，定轨会产生与信号波长同数量级的且不可忽略的误差。被测轨道可以建模为多项式，对应的定轨误差会导致多项式相位误差，影响图像质量，甚至使图像散焦。
[0006](3)天线振动。天线振动包括平动振动与转动振动，平动振动会导致周期性相位误差，转动振动会导致周期性的振幅误差，这两种误差综合体现为产生成对回波，影响图像质量。
[0007](4)地表高程起伏同样会产生多项式相位误差，影响图像质量，甚至使图像散焦。
[0008]此外，由于GEO SAR成像条带非常大，上述非理想因素也会有严重的空变误差。
[0009]为了实现GEO SAR误差的估计和补偿，已有基于SPECAN和最小熵的联合幅相补偿算法、基于干涉测量的自动聚焦等方法被提出，但是已有的补偿算法都不能很好地补偿幅度和相位误差。
[0010]综上所述，目前为止，并没有一种成像算法能有效地补偿上述非理想因素引起的幅度误差和相位误差，实现聚焦成像。

技术实现思路

[0011]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，能够有效补偿非理想因素引起的幅度误差和相位误差，实现聚焦成像。
[0012]一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，包括以下步骤：
[0013]将受非理想因素影响的GEO SAR图像进行二维图像分割，得到多个子图像；
[0014]将各子图像分别进行子孔径划分，得到多个子孔径，其中，各子孔径当前具有由非理想因素引起的幅度误差和相位误差；
[0015]分别将各子孔径作为当前子孔径执行自聚焦操作，得到各子孔径的幅度误差估计值和相位误差估计值，其中，自聚焦操作为：获取使得当前子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值；
[0016]分别将各子图像的所有子孔径的幅度误差估计值和相位误差估计值进行误差融合，得到各子图像整个合成孔径的幅度误差和相位误差；
[0017]分别补偿各子图像整个合成孔径的幅度误差和相位误差，得到自聚焦的子图像；
[0018]融合各自聚焦的子图像后，得到自聚焦的GEO SAR图像。
[0019]进一步地，使得当前子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值的获取方法为：
[0020]在幅度误差为1且相位误差为0的情况下，获取当前子孔径的图像熵；
[0021]按照如下Adam更新规则分别更新幅度误差和相位误差的取值：
[0022]m
t
＝β1m
t
‑1+(1
‑
β1)J'
x
(x
t
)
[0023]v
t
＝β2v
t
‑1+(1
‑
β2)(J'
x
(x
t
))2[0024][0025][0026][0027]其中，x
t
表示幅度误差和相位误差，t表示第t次迭代，β1和β2均为设定权重，m
t
表示第t次迭代的有偏一阶矩，m
t
‑1表示第t
‑
1次迭代的有偏一阶矩，表示第t次迭代的有偏校正的一阶矩估计值，v
t
表示第t次迭代的有偏二阶矩，v
t
‑1表示第t
‑
1次迭代的有偏二阶矩，表示第t次迭代的有偏校正的二阶矩估计值重，J
x
(x
t
)表示图像熵，J'
x
(x
t
)表示图像熵对幅度误差和相位误差的导数，α表示设定的学习率；
[0028]判断更新后的幅度误差和相位误差是否收敛，若满足其一，则当前得到的幅度误差和相位误差为使得当前子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值，若均不满足，则补偿当前得到的幅度误差和相位误差后，重新获取误差补偿后的当前子孔径的图像熵，再采用重新获取的图像熵按照所述Adam更新规则再次更新幅度误差和相位误差的取值，直到幅度误差或相位误差收敛。
[0029]进一步地，图像熵的获取方法为：
[0030][0031]其中，A(n)为幅度误差，φ(n)为相位误差，E(A(n),φ(n))为图像熵，I
actual_comp_sub
(p,q)为子孔径，I
A
为子孔径方位向的像素数量，I
R
为子孔径距离向的像素数量。
[0032]进一步地，子孔径I
actual_comp_sub
(p,q)可被表示为：
[0033][0034]其中，N
a_sub
为单个子孔径之内的方位脉冲数，j表示虚数单位，I
n_actual
(p,q)表示第n个方位脉冲的BP成像结果。
[0035]进一步地，对GEO SAR图像进行二维图像分割后，忽略所得到的各子图像上由非理想因素引起的空变，并使得各子图像不同位置上的幅度误差和相位误差保持一致。
[0036]进一步地，分别将各子图像均匀的划分为多个子孔径。
[0037]有益效果：
[0038]1、本专利技术提供一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，分别找到使得各子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值，再对误差进行融合和补偿，最终实现聚焦成像，尤其适用于受到地表高程起伏、电离层闪烁误差、一般情况下的背景电离层误差、定轨误差以及天线振动误差等非理想因素影响的GEO SAR图像的自聚焦成像。
[0039]2、本专利技术提供一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，自聚焦操作中采用Adam更新规则不断更新幅度误差和相位误差的取值，直到两者收敛，得到使得各子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，其特征在于，包括以下步骤：将受非理想因素影响的GEO SAR图像进行二维图像分割，得到多个子图像；将各子图像分别进行子孔径划分，得到多个子孔径，其中，各子孔径当前具有由非理想因素引起的幅度误差和相位误差；分别将各子孔径作为当前子孔径执行自聚焦操作，得到各子孔径的幅度误差估计值和相位误差估计值，其中，自聚焦操作为：获取使得当前子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值；分别将各子图像的所有子孔径的幅度误差估计值和相位误差估计值进行误差融合，得到各子图像整个合成孔径的幅度误差和相位误差；分别补偿各子图像整个合成孔径的幅度误差和相位误差，得到自聚焦的子图像；融合各自聚焦的子图像后，得到自聚焦的GEO SAR图像。2.如权利要求1所述的一种基于图像最优准则的高轨SAR自适应成像方法，其特征在于，使得当前子孔径的图像熵最小的幅度误差估计值和相位误差估计值的获取方法为：在幅度误差为1且相位误差为0的情况下，获取当前子孔径的图像熵；按照如下Adam更新规则分别更新幅度误差和相位误差的取值：m
t
＝β1m
t
‑1+(1
‑
β1)J'
x
(x
t
)v
t
＝β2v
t
‑1+(1
‑
β2)(J'
x
(x
t
))
222
其中，x
t
表示幅度误差和相位误差，t表示第t次迭代，β1和β2均为设定权重，m
t
表示第t次迭代的有偏一阶矩，m
t
‑1表示第t
‑
1次迭代的有偏一阶矩，表示第t次迭代的有偏校正的一阶矩估计值，v
t
表示第t次迭代的有偏二阶矩，v
t
‑1表示第t

【专利技术属性】
技术研发人员：丁泽刚，张天意，曾涛，朱楷文，刘书江，杨志，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：