一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法，所述方法包括：对扫描合成孔径雷达每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分；分别对每个子孔径进行相位误差估计；将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相位误差；对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。本发明同时还公开了一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦装置。
【专利说明】一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar)数据处理技术领 域，尤其涉及一种高分辨率扫描合成孔径雷达（ScanSAR，Scanning Synthetic Aperture Radar)自聚焦处理方法和装置。
【背景技术】
[0002] ScanSAR是一种由多个子测绘带构成的宽测绘带的SAR模式，其原理是以两个或 两个以上子测绘带之间的时间共享来获得超宽测绘带覆盖的。ScanSAR成像时，其总的测绘 带宽度等于各子测绘带宽度之和。对于每个子测绘带，通常的雷达工作模式为突发（burst) 方式；所谓的burst，是指来自连续发射脉冲的一组连续的脉冲序列。ScanSAR图像的方 位向分辨率只决定于每个burst的持续长度，并且每个完整的合成孔径长度包含了若干个 burst。对于ScanSAR数据处理，需要对各子测绘带分别进行处理，然后将获得的处理结果 拼接在一起获得完整的宽测绘带ScanSAR处理结果。
[0003] 对于子测绘带数据处理，常规的算法是将每个Burst数据进行单独处理，然后再 拼接得到连续的子测绘带图像。但是，这一数据处理方法中仍然存在着不可避免的相位误 差，相位误差主要是由合成孔径中每个burst存在无法补偿的运动或者未知的传播效应造 成的，以致降低了获得的图像的质量。
[0004] 由于目前ScanSAR主要应用于低分辨率的星载SAR系统，因此，对于图像质量问 题关注不多。然而，对于一些先进的实验机载SAR系统已经装备了高分辨率的ScanSAR模 式，其主要目的是为了未来的高分辨率星载SAR系统进行技术验证，图像聚焦质量也备受 关注。因此，对于高分辨率ScanSAR图像，利用自聚焦技术去除大部分的相位误差以获得聚 焦SAR图像是必要的。
[0005] 在现有的SAR自聚焦技术中，相位梯度自聚焦（PGA, Phase gradient autofocus) 算法是应用最为广泛的、适用于许多种场景的自聚焦技术。标准的PGA是针对于聚束SAR 模式设计的，同时在标准PGA的基础上进行些许改进，已成功地应用于条带SAR模式的自聚 焦处理。但对于ScanSAR模式，由于数据形式不同于聚束SAR模式和条带SAR模式，以致于 无法直接使用现有的PGA算法实现图像的聚焦。
[0006] 综上所述，如何实现在ScanSAR模式下的自聚焦技术是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明实施例期望提供一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方 法和装置，能够实现在ScanSAR模式下进行全孔径处理的自聚焦技术，提高图像质量。
[0008] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0009] 本发明实施例提供了一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法，所述方法 包括：
[0010] 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分； toon] 分别对每个子孔径进行相位误差估计；
[0012] 将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相位误 差；
[0013] 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。
[0014] 上述方案中，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未压缩的ScanSAR数据。
[0015] 上述方案中，所述对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分包括：
[0016] 按照相邻子孔径间存在一个burst的数据重叠的方式对每个子测绘带的ScanSAR 数据进行子孔径划分。
[0017] 上述方案中，所述分别对每个子孔径进行相位误差估计包括：
[0018] 分别去除每个子孔径中的空白数据部分，提取出每个子孔径中的burst数据进行 拼接；
[0019] 对拼接后的数据利用PGA的处理方法进行子孔径相位梯度估计；
[0020] 对获得的子孔径相位梯度进行补零和积分处理，获得与原子孔径相同数据长度的 相位误差。
[0021] 上述方案中，所述将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测 绘带全孔径相位误差包括：
[0022] 利用同一测绘带的子孔径重叠特性实现子孔径相位误差的拼接，获得子测绘带全 孔径相位误差。
[0023] 本发明实施例还提供了一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦装置，所述装置包 括子孔径划分模块、相位误差估计模块、相位误差拼接模块、误差校正压缩模块，其中，
[0024] 所述子孔径划分模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分；
[0025] 所述相位误差估计模块，用于分别对每个子孔径进行相位误差估计；
[0026] 所述相位误差拼接模块，用于将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼 接，获得子测绘带全孔径相位误差；
[0027] 所述误差校正压缩模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误 差校正和方位向压缩。
[0028] 上述方案中，所述子孔径划分模块对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划 分包括：
[0029] 所述子孔径划分模块按照相邻子孔径间存在一个burst的数据重叠的方式对每 个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分。
[0030] 上述方案中，所述相位误差拼接模块分别对每个子孔径进行相位误差估计包括：
[0031] 所述相位误差拼接模块分别去除每个子孔径中的空白数据部分，提取出每个子孔 径中的burst数据进行拼接；
[0032] 对拼接后的数据利用PGA的处理方法进行子孔径相位梯度估计；
[0033] 对获得的子孔径相位梯度进行补零和积分处理，获得与原子孔径相同数据长度的 相位误差。
[0034] 上述方案中，所述相位误差拼接模块将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误 差拼接，获得子测绘带全孔径相位误差包括：
[0035] 所述相位误差拼接模块利用同一测绘带的子孔径重叠特性实现子孔径相位误差 的拼接，获得子测绘带全孔径相位误差。
[0036] 本发明实施例所提供的高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法和装置，对每 个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分；分别对每个子孔径进行相位误差估计，获得 每个子孔径的相位误差；将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘 带全孔径相位误差；根据获得子测绘带全孔径相位误差对每个子测绘带的ScanSAR数据进 行全孔径相位误差校正并进行方位向压缩。如此，能够实现在ScanSAR模式下进行全孔径 处理的自聚焦技术，提高图像质量；并且，能对ScanSAR全孔径处理的PGA算法的相关处理 算法的性能进行验证。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法流程示意图；
[0038] 图2为本发明实施例ScanSAR与条带SAR模式数据结构差异示意图；
[0039] 图3为本发明实施例子孔径划分方法示意图；
[0040] 图4为本发明实施例ScanSAR数据的子孔径相位误差估计流程图；
[0041] 图5为本发明实施例burst拼接方法示意图；
[0042] 图6为本发明实施例实测ScanSAR数据处理获得的结果图；
[0043] 图7为本发明实施例对A、B、C区域进行放大后的结果图；
[0044] 图8为本发明实施例图7-C1、7-C2中圆圈点目标的剖面图；
[0045] 图9为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦装置结构示意图。具体实 施方式
[0046] 基于上述的单个Burst处理算法，还有一种常用的全孔径处理算法，该算法虽然 效率不高，但是该方法保护了数据的相位信息，同时可以产生与条带SAR图像相同的几何 特性和频谱特性。基于此优点，采用全孔径处理方法处理往往比burst处理更方便。
[0047] 本发明实施例中，采用全孔径处理的自聚焦技术对ScanSAR数据进行处理，先对 每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分；分别对每个子孔径进行相位误差估计， 获得每个子孔径的相位误差；再将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获 得子测绘带全孔径相位误差；最后根据获得子测绘带全孔径相位误差对每个子测绘带的 ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正并进行方位向压缩。
[0048] 实际应用中，完整的ScanSAR图像中包括多个子测绘带，上述过程是针对一个子 测绘带的处理，对于每个子测绘带的ScanSAR数据，需分别按上述过程进行处理，以完成对 完整的ScanSAR图像的数据的全孔径处理。
[0049] 其中，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未压缩的ScanSAR数据。
[0050] 所述对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分包括：按照相邻子孔径间存 在一个burst的数据重叠的方式，对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分。
[0051] 所述分别对每个子孔径进行相位误差估计包括：分别去除每个子孔径中的空白数 据部分，提取出每个子孔径中的burst数据进行拼接；对拼接后的数据利用PGA的处理方法 进行子孔径相位梯度估计；对获得的子孔径相位梯度进行补零和积分处理，获得与原子孔 径相同数据长度的相位误差。
[0052] 所述将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相 位误差包括：利用同一测绘带的子孔径重叠特性实现子孔径相位误差的拼接，获得子测绘 带全孔径相位误差。
[0053] 这里，所述拼接为将计算出的每个子孔径的相位误差组合为子测绘带的全孔径相 位误差；由于子孔径之间的重叠的部分有着相同的相位误差，因此可以根据子孔径的重叠 特性实现相位误差的拼接。
[0054] 下面结合附图及具体实施例，对本发明实施例的技术方案实现作进一步的详细描 述。
[0055] 图1为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法流程示意图，如 图1所示，本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法包括以下步骤：
[0056] 步骤101 :对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分；
[0057] 其中，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未压缩的ScanSAR数据。
[0058] 所述每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分包括：按照相邻子孔径间存在 一个burst的数据重叠的方式对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分。
[0059] 具体的，ScanSAR数据结构不同于其他模式的SAR数据结构，图2为本发明实施例 ScanSAR数据结构与条带SAR数据结构差异示意图，其中，ScanSAR数据中存在周期性的空 白数据。本发明实施例中采用全孔径处理方法对ScanSAR数据burst数据间的空白数据进 行补零处理，如图2所示，构成条带SAR数据。位于t =、处的点目标回波信号可以表示 为：
[0060]
【权利要求】
1. 一种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦处理方法，其特征在于，所述方法包括： 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分； 分别对每个子孔径进行相位误差估计； 将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相位误差； 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未 压缩的ScanSAR数据。
3. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子 孔径划分包括： 按照相邻子孔径间存在一个burst的数据重叠的方式对每个子测绘带的ScanSAR数据 进行子孔径划分。
4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述分别对每个子孔径进行相位误差估计 包括： 分别去除每个子孔径中的空白数据部分，提取出每个子孔径中的burst数据进行拼 接； 对拼接后的数据利用PGA的处理方法进行子孔径相位梯度估计； 对获得的子孔径相位梯度进行补零和积分处理，获得与原子孔径相同数据长度的相位 误差。
5. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述将获得的每个子孔径的相位误差进行 相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相位误差包括： 利用同一测绘带的子孔径重叠特性实现子孔径相位误差的拼接，获得子测绘带全孔径 相位误差。
6. -种高分辨率扫描合成孔径雷达自聚焦装置，其特征在于，所述装置包括子孔径划 分模块、相位误差估计模块、相位误差拼接模块、误差校正压缩模块，其中， 所述子孔径划分模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分； 所述相位误差估计模块，用于分别对每个子孔径进行相位误差估计； 所述相位误差拼接模块，用于将获得的每个子孔径的相位误差进行相位误差拼接，获 得子测绘带全孔径相位误差； 所述误差校正压缩模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校 正和方位向压缩。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述子孔径划分模块对每个子测绘带的 ScanSAR数据进行子孔径划分包括： 所述子孔径划分模块按照相邻子孔径间存在一个burst的数据重叠的方式对每个子 测绘带的ScanSAR数据进行子孔径划分。
8. 根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述相位误差拼接模块分别对每个子孔径 进行相位误差估计包括： 所述相位误差拼接模块分别去除每个子孔径中的空白数据部分，提取出每个子孔径中 的burst数据进行拼接； 对拼接后的数据利用PGA的处理方法进行子孔径相位梯度估计； 对获得的子孔径相位梯度进行补零和积分处理，获得与原子孔径相同数据长度的相位 误差。
9.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述相位误差拼接模块将获得的每个子孔 径的相位误差进行相位误差拼接，获得子测绘带全孔径相位误差包括： 所述相位误差拼接模块利用同一测绘带的子孔径重叠特性实现子孔径相位误差的拼 接，获得子测绘带全孔径相位误差。
【文档编号】G01S13/90GK104049254SQ201410271270
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】李宁, 王宇, 邓云凯, 张志敏, 龚小冬, 刘亚波 申请人:中国科学院电子学研究所