一种合成孔径雷达成像方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种合成孔径雷达SAR成像方法，所述方法包括：对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理，对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；通过对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变相位梯度自聚焦PGA处理，获取并校正SAR数据的残余误差相位；对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理。本发明同时还公开了一种SAR成像装置。
【专利说明】一种合成孔径雷达成像方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及机载雷达成像【技术领域】,尤其涉及一种合成孔径雷达(SAR, SyntheticAperture Radar)成像方法及装置。
【背景技术】
[0002]SAR是一种具有全天时、全天候特点的微波遥感装置，广泛应用于地形测绘、海洋监测、灾情预报和目标识别等领域。SAR可安装在卫星或飞机上以获取观测场景的高分辨率微波图像。由于大气的扰动，机载SAR平台的实际航线相对于理想航线存在一定的偏差，从而造成SAR图像存在模糊和畸变，即造成SAR图像的散焦。因此，如何准确地去除机载SAR平台的运动误差来获得精确聚焦的SAR图像是目前急需解决的重要问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的技术问题，本发明实施例提供一种SAR成像方法及装置。
[0004]本发明实施例提供了一种SAR成像方法，所述方法包括:
[0005]对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理；
[0006]对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；
[0007]通过对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变相位梯度自聚焦(PGA，Phase Gradient Autofocus)处理,获取并校正SAR数据的残余误差相位；
[0008]对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理。
[0009]上述方案中，所述对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理:以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理。
[0010]上述方案中，所述以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理之前，所述方法还包括:
[0011]根据机载实际航迹与理想航迹的几何关系和导航系统中的原始SAR数据，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量，根据原始SAR数据的运动误差偏移量，获取原始SAR数据的误差相位。
[0012]上述方案中，所述对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理为:利用线性频率变标算法(CSA, Chirp Scaling Algorithm)对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理。
[0013]上述方案中，所述利用CSA对运动补偿后的SAR数据进行无方位向压缩处理包括:
[0014]采用CSA对运动补偿后的SAR数据进行频率调制，并对频率调制后的SAR数据的距离徙动差量进行校正处理；
[0015]在二维频谱域对距离徙动差量校正处理后的SAR数据依次进行距离向压缩、二次压缩和一致距离徙动校正处理；[0016]在多普勒域对一致距离徙动校正处理后的SAR数据进行方位向压缩和附加相位校正。
[0017]上述方案中，所述对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变PGA处理包括:
[0018]将距离向压缩处理后的数据沿距离向分为各SAR数据块，将各SAR数据块沿方位向划分子孔径，对各SAR数据块中的每个子孔径进行标准PGA处理，获取各SAR数据块中每个子孔径的残余误差相位。
[0019]上述方案中，所述获取SAR数据的残余误差相位包括:
[0020]分别对各SAR数据块中的子孔径间存在的重叠部分进行残余误差相位拼接，获取各SAR数据块的残余误差相位曲线；
[0021 ] 分别将各SAR数据块间的残余误差相位作为各SAR数据块中距离向中间单元的残余误差相位，利用插值函数对各SAR数据块中每个距离单元的残余误差相位进行插值拟合处理，获取整个距离向单元的SAR数据的残余误差相位。
[0022]本发明实施例还提供了一种SAR成像装置，所述装置包括:补偿模块、压缩模块、聚焦处理模块；其中，
[0023]所述补偿模块，用于对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理；并根据所述聚焦处理模块发送的SAR数据的残余误差相位，校正SAR数据的残余误差相位；
[0024]所述压缩模块，用于对所述补偿模块运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；并对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理；
[0025]所述聚焦处理模块，用于通过对所述压缩模块距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变PGA处理，获取SAR数据的残余误差相位，并将获取的SAR数据的残余误差相位发送给所述补偿模块。
[0026]上述方案中，所述补偿模块，具体用于以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理。
[0027]上述方案中，所述压缩模块，具体用于利用CSA对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理。
[0028]上述方案中，所述聚焦处理模块，具体用于将距离向压缩处理后的数据沿距离向分为各SAR数据块，将各SAR数据块沿方位向划分子孔径，对各SAR数据块中的每个子孔径进行标准PGA处理，获取各SAR数据块中每个子孔径的残余误差相位。
[0029]上述方案中，所述聚焦处理模块，具体还用于:分别对各SAR数据块中的子孔径间存在的重叠部分进行残余误差相位拼接，获取各SAR数据块的残余误差相位曲线；
[0030]分别将各SAR数据块间的残余误差相位作为各SAR数据块中距离向中间单元的残余误差相位，利用插值函数对各SAR数据块中每个距离单元的残余误差相位进行插值拟合处理，获取整个距离向单元的SAR数据的残余误差相位。
[0031]本发明实施例提供的SAR成像方法，所述方法包括:对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理，对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；通过对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变相位梯度自聚焦PGA处理，获取并校正SAR数据的残余误差相位；对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理，如此，能够获得精确聚焦的复杂观测场景的SAR图像。【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例一提供的SAR成像方法流程示意图；
[0033]图2为本发明实施例一、二提供的机载实际航迹与理想航迹的几何关系示意图；
[0034]图3为本发明实施例一、二提供的距离向空变PGA处理距离向压缩数据的方法示意图；
[0035]图4为本发明实施例一、二提供的标准PGA自聚焦处理方法流程示意图；
[0036]图5为本发明实施例二提供的SAR成像装置结构示意图；
[0037]图6为现有技术中经过运动补偿后存在散焦的SAR图像；
[0038]图7为现有技术中经过标准PGA处理后的SAR图像；
[0039]图8为本发明实施例三提供的SAR图像；
[0040]图9为现有技术中经过标准PGA处理后观测场景A的SAR图像；
[0041]图10为本发明实施例三提供的观测场景A的SAR图像；
[0042]图11为现有技术中经过标准PGA处理后观测场景B的SAR图像；
[0043]图12为本发明实施例三提供的观测场景B的SAR图像。
【具体实施方式】
[0044]为了能更好的理解本发明的内容，本发明先介绍现有技术中获取高分辨SAR图像的方法。运动补偿(M0C0, Motion Compensation)技术是解决高分辨SAR图像散焦问题的重要技术手段。在传统的MOCO方案中，首先利用机载平台自带的惯性测量装置(MU，Inertial Measurement Units)实现SAR数据的距离向非空变运动补偿，以消除高分辨情况下平台运动误差导致的距离徙动问题；其次在此基础上，再采用各种自聚焦方法进一步消除散射点的相位误差，从而获得高分辨SAR图像。这里，在没有IMU的情况下，可以采用数据估计的方法实现距离向非空变运动补偿。
[0045]但传统的MOCO方案本身是基于平坦地形来设计的，对于复杂地形，传统的MOCO方案在高分辨条件下，对地形起伏导致的散焦问题却无能为力。而在实际应用中，这种场景是大量存在的，因而有必要寻求一种复杂地形条件下的高分辨SAR图像成像方法。
[0046]基于此，在本发明的各种实施例中:对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理；对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；通过对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变相位梯度自聚焦PGA处理，获取并校正SAR数据的残余误差相位；对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理，即可得到精确聚焦的观测场景的SAR图像。
[0047]下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
[0048]实施例一
[0049]本发明实施例提供一种SAR成像方法，如图1所示，该方法主要包括以下步骤:
[0050]步骤101，对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理；
[0051]本步骤中，首先根据机载实际航迹与理想航迹的几何关系和导航系统中的原始SAR数据，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量，根据原始SAR数据的运动误差偏移量，获取原始SAR数据的误差相位；并以观测场景中心为基准点，根据原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理。[0052]具体地，图2示出了正侧视模式下的机载实际航迹与理想航迹的几何关系；其中，X轴是指理想航迹，曲线是指实际航迹；在tm时刻,理想航迹的天线相位中心(APC, AntennaPhase Center)为[Vtm, O, H]，实际航迹的 APC 为[Vtm+ Δ x (tm)，Δ y (tm), Η+Δ z (tm)]。
[0053]其中，所述V是指机载平台的速度；所述H是指机载平台的速度；所述Vtm是指在tm时刻，机载平台的速度；所述Ax(tm)是指机载平台在X轴方向上，实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量；所述Ay(tm)是指机载平台在Y轴方向上，实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量；所述Az(tm)是指机载平台在Z轴方向上，实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量。[Ax(tm)，Ay(tffl), Λ z (tm)]组成实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量。
[0054]这里，图2中的Pn为观测场景中的强散射点，坐标为(xn，yn, zn)，所述Pn到实际航迹的APC的最近距离为Rtl,在tm时刻，Pn到实际航迹的APC的瞬时距离为:
[0055]
【权利要求】
1.一种合成孔径雷达SAR成像方法，其特征在于，所述方法包括: 对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理； 对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理； 通过对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变相位梯度自聚焦PGA处理，获取并校正SAR数据的残余误差相位； 对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理。
2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理:以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理。
3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理之前，所述方法还包括: 根据机载实际航迹与理想航迹的几何关系和导航系统中的原始SAR数据，获取实际航迹相对于理想航迹的运动误差偏移量，根据原始SAR数据的运动误差偏移量，获取原始SAR数据的误差相位。
4.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理为:利用线性频率变标算法CSA对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理。
5.根据权利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述利用CSA对运动补偿后的SAR数据进行无方位向压缩处理包括: 采用CSA对运动补偿后的SAR数据进行频率调制，并对频率调制后的SAR数据的距离徙动差量进行校正处理； 在二维频谱域对距离徙动差量校正处理后的SAR数据依次进行距离向压缩、二次压缩和一致距离徙动校正处理； 在多普勒域对一致距离徙动校正处理后的SAR数据进行方位向压缩和附加相位校正。
6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述对距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变PGA处理包括: 将距离向压缩处理后的数据沿距离向分为各SAR数据块，将各SAR数据块沿方位向划分子孔径，对各SAR数据块中的每个子孔径进行标准PGA处理，获取各SAR数据块中每个子孔径的残余误差相位。
7.根据权利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述获取SAR数据的残余误差相位包括: 分别对各SAR数据块中的子孔径间存在的重叠部分进行残余误差相位拼接，获取各SAR数据块的残余误差相位曲线； 分别将各SAR数据块间的残余误差相位作为各SAR数据块中距离向中间单元的残余误差相位，利用插值函数对各SAR数据块中每个距离单元的残余误差相位进行插值拟合处理，获取整个距离向单元的SAR数据的残余误差相位。
8.—种SAR成像装置，其特征在于，所述装置包括:补偿模块、压缩模块、聚焦处理模块;其中，所述补偿模块，用于对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理；并根据所述聚焦处理模块发送的SAR数据的残余误差相位，校正SAR数据的残余误差相位； 所述压缩模块，用于对所述补偿模块运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理；并对校正后的SAR数据进行方位向压缩处理； 所述聚焦处理模块，用于通过对所述压缩模块距离向压缩处理后的SAR数据进行距离向空变PGA处理，获取SAR数据的残余误差相位，并将获取的SAR数据的残余误差相位发送给所述补偿模块。
9.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于以观测场景中心为基准点，根据获取的原始SAR数据的误差相位对原始SAR数据进行距离向非空变运动补偿处理。
10.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述压缩模块，具体用于利用CSA对运动补偿后的SAR数据进行距离向压缩处理。
11.根据权利要求8所述的成像装置，其特征在于，所述聚焦处理模块，具体用于将距离向压缩处理后的数据沿距离向分为各SAR数据块，将各SAR数据块沿方位向划分子孔径，对各SAR数据块中的每个子孔径进行标准PGA处理，获取各SAR数据块中每个子孔径的残余误差相位。
12.根据权利要求11所述的成像装置，其特征在于，所述聚焦处理模块，具体还用于:分别对各SAR数据块中的子孔径间存在的重叠部分进行残余误差相位拼接，获取各SAR数据块的残余误差相位曲线； 分别将各SAR数据块间的残余误差相位作为各SAR数据块中距离向中间单元的残余误差相位，利用插值函数对各SAR数据块中每个距离单元的残余误差相位进行插值拟合处理，获取整个距离向单元的SAR数据的残余误差相位。
【文档编号】G01S7/41GK103995260SQ201410175656
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】刘亚波, 龚小东, 张磊, 李宁, 王宇, 邓云凯 申请人:中国科学院电子学研究所