一种结合二维逆滤波的高分辨聚束sar自聚焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于SAR图像的自聚焦技术领域，涉及一种结合二维逆滤波的高分辨聚束 SAR自聚焦方法。
【背景技术】
[0002] 机载SAR通过载机沿理想飞行方向匀速运动并以固定脉冲重复频率发射线性调 频脉冲来获得高分辨图像。对于机载高分辨率SAR系统，雷达与目标之间的相对运动是成 像的基础，但是载机在飞行过程中难免受到气流扰动等影响，其飞行姿态往往偏离理想航 迹，因此运动补偿是机载SAR系统获得高分辨图像的关键。随着成像分辨率的不断提高，即 便装有高精度的惯性导航系统，仍然无法精确补偿载机的非理想运动，残余的运动误差会 造成高分辨图像的散焦。因此基于回波数据的自聚焦技术对高分辨成像起到至关重要的作 用，它有效地弥补了运动补偿之后的残余运动误差对图像散焦的影响。
[0003]自聚焦技术利用SAR回波数据估计并去除相位误差，其精度依赖于成像场景和采 用的自聚焦方法。现有的自聚焦方法有逆滤波法（IF)、子孔径相关法（MD)和相位梯度自聚 焦算法（PGA)等，各种方法按照其性能和实现的复杂程度具有各自的优点和局限性。这些 自聚焦算法均是在残余距离徙动小于一个距离分辨单元的前提下，去估计方位向一维的相 位误差。而在残余距离徙动超出多个距离单元时，前述的自聚焦算法性能将显著降低。因 此，对散焦的SAR图像做自聚焦之前必须完全校正残余距离徙动，否则会造成图像中目标 点两维散焦。
[0004] A. W. Doerry 在"Autofocus correction of SAR images exhibiting excessive residual migration, Proceedings of SPIE, 2005, Vol. 5788:34-45" 中提到两种方法：一 是通过对SAR图像降距离分辨率，利用传统PGA方法估计出方位相位误差，并根据方位相位 误差与残余距离徙动的关系，计算出对应的残留距离徙动值，最后予以校正；二是通过对距 离压缩域的数据分块，利用互相关技术，估计出相邻子孔径间的距离徙动的偏移，最后经平 滑处理后予以补偿。在这两种残余距离徙动校正方法的基础上，学者们将其进行了扩展应 用，目前结合了残余徙动校正的自聚焦方法主要有：
[0005] 1.毛新华等人在"一种超高分辨率机载聚束SAR两维自聚焦算法，航空学报， 2012, 33 (7) : 1289-1295"文章中提出的结合PFA的两维自聚焦方法，该方法通过推导极坐 标格式算法处理后残留距离徙动和方位相位误差的解析表达式，利用自聚焦估计得到的相 位误差计算距离徙动并补偿。该自聚焦方法中的残余距离徙动校正方法只适用于PFA算 法，存在局限性。
[0006] 2. DAIYIN ZHU, RUI JIAN 等人在 "Multi-Subaperture PGA for SAR Autofocusing,IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS, 2013, 49(1) :468-488"中提出的对全孔径划分为多个子孔径，通过相邻子孔径图 像互相关并线性拟合出残余距离徙动并补偿。这种方法对低频的距离徙动误差能够很好地 进行估计与补偿，而对于高频的运动误差不能准确的进行估计，且计算量较大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的为：提供一种适用于多种聚束成像算法，对高频距离徙动误差的校 正有良好的鲁棒性，且流程简单、计算量小的高分辨聚束SAR自聚焦方法。
[0008] 本发明的技术方案为：所述的自聚焦方法包括如下步骤，
[0009] 步骤一，从待处理的大小为NaXNr的聚束SAR图像f中，选取一块以孤立强点目 标为中心的大小为LaXLr的局部图像g，该块图像选取的原则为：孤立强点的信杂比越大 越好，且需包含强点目标的扩散区域；
[0010] 步骤二，新建一个临时图像块t，初始化为0,大小与待处理图像相同，将步骤1所 选局部图像拷贝至该临时图像块的中心；
[0011] 步骤三，对原始待处理图像及临时图像块做二维傅里叶变换，对于二维傅里叶变 换后的临时数据块t，取其相位Φ，该相位由强点目标的方位相位误差Φ 3、距离和方位的二 维耦合相位、竞争杂波带来的相位误差Φη组成；
[0012] 步骤四，将步骤3处理后的数据块f，乘以相位误差函数exp {-j Φ }，并对f进行二 维傅里叶逆变换得到新的聚束图像，得到各散射点的相位误差函数φ_= φ a'- φa-φn，其 中Φη在步骤1的高信杂比原则下对图像聚焦的影响可忽略不计，Φ a'表示原始图像中散 射点的方位相位误差。；
[0013] 步骤五，对步骤4处理得到的聚束图像f进行常规自聚焦处理，步骤4中的Φ J更 能被估计出并补偿掉。
[0014] 本发明的有益效果为：本方法简单实用，特别适用于具有孤立强点目标的高分辨 率聚束SAR图像的自聚焦。与现有技术相比具有如下优点：
[0015] (1)与常规自聚焦算法只补偿方位相位误差不同，本发明在提取方位相位误差的 同时将距离和方位的二维耦合相位也一并提取并补偿，避免了残余距离徙动对自聚焦性能 的影响，补偿精度更高。
[0016] (2)与降低分辨率、利用估计所得相位误差计算残余距离徙动方法相比，本发明不 需要对方位相位误差与残余距离徙动的解析表达式进行推导，不局限于某一种聚束成像算 法，适用范围更广。
[0017] (3)与子孔径相关估计残余距离徙动方法相比，本发明方法也能对高频距离徙动 误差进行校正，且不需对残余距离徙动的值进行估计，实现过程简单，效率更高。
[0018] 说明书附图
[0019] 图1是结合二维逆滤波自聚焦方法的流程图；
[0020] 图2是待处理的聚束SAR图像；
[0021] 图3是强点目标A的距离压缩域图像；
[0022] 图4是常规自聚焦处理的结果；
[0023] 图5是二维逆滤波后的强点目标A的距离压缩域图像；
[0024] 图6是二维逆滤波后的再经常规自聚焦处理的结果。
【具体实施方式】
[0025] 本发明为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
[0026] 步骤1，从待处理的大小为NaX Nr的聚束SAR图像f中选取一小块以孤立强点目 标为中心的大小为LaXLr的局部图像g，该小块图像选取的原则为：孤立强点的信杂比越 大越好；局部图像需包含强点目标的扩散区域。
[0027] 步骤2,新建一个临时图像块t，初始化为0,大小与待处理图像相同，将步骤1所 选小块图像