基于相位误差直接估计的sar实时自聚焦方法
【专利摘要】本发明公开了基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，属于雷达成像的【技术领域】。在PGA算法处理结构下，选取每个距离单元的最强散射点，将每个距离单元内的最强散射点移至该距离单元中心处，对各距离单元图像进行加窗处理，求取其余距离单元与参考距离单元之间的固定相位差值，将固定相位差值从各距离单元中去除，对去除固定相位差值后的各距离单元信号进行加权平均以求取相位误差函数，补偿相位误差函数。本发明对固定相位差进行无偏估计后直接估计相位误差函数，减少迭代次数，减小运算量，显著改善聚焦质量，对于低对比度且无较强目标的SAR图像依然适用。
【专利说明】基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，属于雷达成像的技 术领域。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（syntheticapertureradar,简称SAR)具有在全天时，全天候条件 下高分辨率成像的能力。由于SAR是相干成像系统，SAR图像和接收信号相位之间存在紧 密的联系。SAR成像算法中不可避免的各种近似，以及飞机在实际飞行过程中相对于理想航 迹，速度和飞行姿态等存在的偏差，均会引起较大的接收信号相位误差，从而导致图像聚焦 质量的明显下降。特别是在高分辨率的成像系统中，因为要求较长的孔径时间，由于天线非 理想运动引起的图像散焦现象更加严重。即使装备先进的电子导航系统，对SAR系统的运 动偏差进行较精确的测量，并在接收信号中加以补偿，也很难获得理想的SAR图像。因此， 为了获得高分辨率，高质量的SAR图像，必须利用自聚焦算法对SAR图像作进一步处理，估 计其相位误差并进行补偿。
[0003] PGA (Phase Gradient Autofocus，相位梯度自聚焦）算法通过相位误差补偿改善 SAR图像的聚焦质量，因为其具有良好的自聚焦性能和鲁棒性，被广泛应用于SAR图像上。 PGA算法如文献 1 :D. E Wahl, P. H. Eichel，D. C. Ghiglia，C. V. Jakowatz，JR. Phase Gradient Autofocus-A Robust Tool for High Resolution SAR Phase Correction 1994. 2 ：Hian Lim Chan, Tat Soon Yeo. Noniterative Quality Phase-Gradient Autofocus(QPGA) Algorithm for Spotlight SAR Imagery 1998?中公开的技术。但是，PGA算法针对相位误 差函数一阶导数进行估计，在差分过程中会导致噪声的积累，影响算法性能，特别当信噪比 较低时，无法准确的估计相位误差函数。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了基于相位误差直 接估计的SAR实时自聚焦方法，采用PGA算法的处理结构，基于SAR图像信号模型，估计各 距离单元间的固定相位差值，并结合直接估计相位误差函数的估计算子实现SAR图像的自 聚焦处理，以改善PGA算法针对相位误差函数一阶导数进行估计因为噪声积累带来的估计 精度低的缺陷。
[0005] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0006] 基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，包括如下步骤：
[0007]a，选取每个距离单元的最强散射点，将每个距离单元内的最强散射点移至该距离 单元中心处；
[0008]b，以各距离单元中心点位置为中心，对各距离单元图像进行加窗处理；
[0009] c，获取各距离单元在方位数据域中的数据，选取一个距离单元为参考距离单元， 求取其余距离单元与所述参考距离单元之间的固定相位差值，将固定相位差值从各距离单 元中去除；
[0010] d，对去除所述固定相位差值后的各距离单元信号进行加权平均以求取相位误差 函数；
[0011] e,补偿相位误差函数后，减小窗口宽度并返回a。
[0012] 作为所述基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法的进一步优化方案，步骤 a中所述对将每个距离单元内最强散射点移至该距离单元中心的方法为：圆周移位第k距 离单元内的最强散射点至该距离单元中心处，第k距离单元内的最强散射点移位后在方位 数据域内的接收信号相位^shift (m)为：
【权利要求】
1. 基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，其特征在于包括如下步骤： a，选取每个距离单元的最强散射点，将每个距离单元内的最强散射点移至该距离单元 中心处； b，以各距离单元中心点位置为中心，对各距离单元图像进行加窗处理； c，获取各距离单元在方位数据域中的数据，选取一个距离单元为参考距离单元，求取 其余距离单元与所述参考距离单元之间的固定相位差值，将固定相位差值从各距离单元中 去除； d，对去除所述固定相位差值后的各距离单元信号进行加权平均以求取相位误差函 数； e,补偿相位误差函数后,减小窗口宽度并返回a。
2. 根据权利要求1所述的基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，其特征在于 步骤a中所述对将每个距离单元内最强散射点移至该距离单元中心的方法为：圆周移位第 k距离单元内的最强散射点至该距离单元中心处，第k距离单元内的最强散射点移位后在 方位数据域内的接收信号相位① k，shift(m)为= + +ft (?)，m为方位向 脉冲位置，Y (m)为第k距离单元在方位向脉冲m处的相位误差，Vk为第k距离单元的固 定相位，％ &?)为第k距离单元在方位向脉冲m处的干扰相位，k为正整数。
3. 根据权利要求2所述的基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，其特征在于 步骤c的具体方法为：所述各距离单元包含M个方向脉冲位置处的信号，选取第O距离单元 Xtl为参考距离单元，将第k距离单元Xk与第O距离单元Xtl共轭相乘后得到第k距离单元与 参考距离单元之间的固定相位差：
为将第k距 离单元Xk与第O距离单元Xtl共轭相乘，|Ak|为第k距离单元X k的幅值，IAcJ为参考距离 单元Xtl的幅值，Vp Vk分别为第O距离单元、第k距离单元的固定相位，exp (.)为指数运 算，nkQ(m)为干扰噪声，有 nkQ(m) =nk(m) ^XaOn)+]^!]!) ? Xk (m)，nk(m)、nQ(m)分别为第 k 距 离单元、第O距离单元中方位向脉冲m处的干扰噪声，Xk(m)(m)分别为第k距离单元、第 O距离单元中方位向脉冲m处的信号。
4. 根据权利要求3所述的基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方法，其特征在于 所述步骤d由表达式
估计相位误差函数，N为距离单元总数。
5. 根据权利要求1或2或3或4所述的基于相位误差直接估计的SAR实时自聚焦方 法，其特征在于：步骤c中对加窗处理后的图像做方位向傅里叶逆变换来获取各距离单元 在方位数据域中的数据。
【文档编号】G01S13/90GK104330797SQ201410588490
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】蒋锐 申请人:南京邮电大学