一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法
【专利摘要】本发明属于合成孔径雷达图像方位聚焦【技术领域】，特别涉及一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法。本发明包括以下步骤：步骤1，获取成像处理后的SAR图像；步骤2，将SAR图像划分为多个相同尺寸的图像块；当i＝1时，执行步骤3；步骤3，设定迭代参数当j＝1时，执行步骤4；步骤4，得出给予的像素点对应的目标点的高程，给予的像素点为N个图像块的第i个图像块的第j个像素点；计算给予的像素点对应的雷达等效速度；构造给予的像素点对应的二次相位误差补偿函数；对N个图像块的第i个图像块的给予的像素点进行相位补偿；判断所有图像块的所有像素点的相位补偿过程是否完成，如果完成，则将经相位补偿后的所有图像块合并成经方位向二次聚焦后的SAR图像。
【专利说明】-种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合成孔径雷达图像方位聚焦【技术领域】，特别涉及一种合成孔径雷达图 像方位二次聚焦方法。本发明首先建立雷达等效速度、目标方位、距离W及高程位置之间的 多项式模型，然后利用该多项式模型及目标定位结果快速计算雷达等效速度，并W此构造 多普勒域等效速度空变误差补偿函数，对传统SAR成像结果进行方位二次聚焦。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时全天候高分辨率对 地观测能力在军事及民用领域得到了广泛的应用，如战场侦查、海洋监测、农业普查及地形 测绘等。
[0003] 传统SAR成像处理算法主要有时域后向投影炬ack-Projection，BP)、距离多普 勒（Range-Doppler,畑）、线性变标烟Ii巧Scaling, C巧及上述各算法的改进算法等。BP 算法可视为数字波束形成值igital Beam化rming，DB巧技术的直接应用，但运算效率 较差。后面几种处理算法均可视为BP算法在一定假设条件（如雷达等效速度沿距离向 为多项式模型等）下的快速实现算法。对于高分辨率SAR成像处理，CS算法得到了广泛 的应用，如TanDEM-X TMSP采用ECS巧Xtended C巧处理算法，现有的干涉合成孔径雷达 (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)的配准处理主要 W-幅图像为参 考图像，其余图像都与参考图像进行配准，并将配准结果应用到各个图像中。
[0004] 随着SAR图像分辨率的提高（特别是分米量级分辨率），传统成像处理通常 采用的走-停模型、轨道双曲线模型及大气延迟非空变等假设均将不再适用。刘燕 等人在文章"Echo model analyses and imaging algorithm for high-resolution SAR on high-speed platform" (IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2012, 50 (3) : 933-950)研究了雷达发射及接收期间的运动对成像处理的影响， 并给出了 一种补偿算法。何峰等人在文章"Processing of Ultr址i曲-Resolution spaceborne sliding spotlight SAR data on curved orbit" (IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2013, 49(2):819-839)中分析了轨道商次模型对成 像的影响，并给出了一种基于高次模型的成像处理算法。需要指出的是，星载雷达等效速度 随方位时间、雷达斜距及地面高程是空变的。而频域成像算法沿方位向无法根据目标位置 调整多普勒调频率（即雷达等效速度），该将导致生成的SAR图像出现空变的散焦效应。
【发明内容】
[0005] 本发明针对传统SAR成像处理算法未能考虑地面高程对等效速度的影响，而引起 高分辨率SAR图像部分区域散焦的问题，提出一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法。 本发明首先建立雷达等效速度、目标方位、距离W及高程位置之间的多项式模型，然后利用 该多项式模型及目标定位结果快速计算雷达等效速度，并W此构造多普勒域等效速度空变 误差补偿函数，对传统SAR成像结果进行方位二次聚焦。
[0006] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予W实现。
[0007] -种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法包括W下步骤：
[0008] 步骤1，获取合成孔径雷达回波数据，针对合成孔径雷达回波数据进行SAR成像处 理，得出SAR图像，获取能够覆盖成像区域的先验数字高程模型；
[0009] 步骤2,将SAR图像划分为N个相同尺寸的图像块，每个图像块的像素点数为M，N 为大于1的自然数，M为大于1的自然数；设定迭代参数i = 1，2,...，当i = 1时，执行步 骤3 ;
[0010] 步骤3,设定迭代参数j = 1，2,...，当j = 1时，执行步骤4 ;
[0011] 步骤4,针对给予的像素点进行SAR图像目标定位，得出给予的像素点对应的目标 点的高程，所述给予的像素点为所述N个图像块的第i个图像块的第j个像素点；
[0012] 步骤5,利用给予的像素点对应的目标点的高程，计算给予的像素点对应的雷达等 效速度；
[0013] 步骤6,利用给予的像素点对应的雷达等效速度，构造给予的像素点对应的二次相 位误差补偿函数；
[0014] 步骤7,将所述N个图像块的第i个图像块作方位向傅里叶变换，得出所述N个图 像块的第i个图像块对应的距离多普勒域信号；利用步骤6中给予的像素点对应的二次相 位误差补偿函数对N个图像块的第i个图像块对应的距离多普勒域信号进行相位补偿，得 出经相位补偿后的信号；将经相位补偿后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得出经相位补 偿处理后的第i个图像块；将N个图像块的第i个图像块设为经相位补偿处理后的第i个 图像块；
[0015] 步骤8,判断i是否等于N，如果i声N，则判断j是否等于M，如果j =M,则令i的 值自增1，然后返回至步骤3,如果j声M，则令j的值自增1，然后返回至步骤4;如果i = N，则判断j是否等于M，如果j声M，则令j的值自增1，然后返回至步骤4,如果j =M,则 将得出的经相位补偿处理后的第1个图像块至第N个图像块合并为经方位向二次聚焦后的 SAR图像。
[0016] 本发明的特点和进一步改进在于：
[0017] 所述步骤4的具体子步骤为：
[0018] (4. 1)设定给予的像素点对应的目标点的初始参考高程值为h。，所述给予的像素 点为N个图像块的第i个图像块的第j个像素点；令高程变量h = h。；
[0019] (4. 2)根据W下SAR几何定位方程组，迭代求解给予的像素点对应的目标点在地 也固连坐标系下的坐标：
【权利要求】
1. 一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，获取合成孔径雷达回波数据，针对合成孔径雷达回波数据进行SAR成像处理， 得出SAR图像，获取能够覆盖成像区域的先验数字高程模型； 步骤2,将SAR图像划分为N个相同尺寸的图像块，每个图像块的像素点数为M，N为大 于1的自然数，M为大于1的自然数；设定迭代参数i=1，2,...，当i=1时，执行步骤3 ; 步骤3,设定迭代参数j= 1，2,...，当j= 1时，执行步骤4 ; 步骤4,针对给予的像素点进行SAR图像目标定位，得出给予的像素点对应的目标点的 高程，所述给予的像素点为所述N个图像块的第i个图像块的第j个像素点； 步骤5,利用给予的像素点对应的目标点的高程，计算给予的像素点对应的雷达等效速 度； 步骤6,利用给予的像素点对应的雷达等效速度，构造给予的像素点对应的二次相位误 差补偿函数； 步骤7,将所述N个图像块的第i个图像块作方位向傅里叶变换，得出所述N个图像块 的第i个图像块对应的距离多普勒域信号；利用步骤6中给予的像素点对应的二次相位误 差补偿函数对N个图像块的第i个图像块对应的距离多普勒域信号进行相位补偿，得出经 相位补偿后的信号；将经相位补偿后的信号进行方位向逆傅里叶变换，得出经相位补偿处 理后的第i个图像块；将N个图像块的第i个图像块设为经相位补偿处理后的第i个图像 块； 步骤8,判断i是否等于N，如果i尹N，则判断j是否等于M，如果j=M，则令i的值 自增1，然后返回至步骤3,如果j尹M，则令j的值自增1，然后返回至步骤4 ;如果i=N， 则判断j是否等于M，如果j尹M，则令j的值自增1，然后返回至步骤4,如果j=M，则将得 出的经相位补偿处理后的第1个图像块至第N个图像块合并为经方位向二次聚焦后的SAR 图像。
2. 如权利要求1所述的一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法，其特征在于，所述 步骤4的具体子步骤为： (4. 1)设定给予的像素点对应的目标点的初始参考高程值为1?,所述给予的像素点为N个图像块的第i个图像块的第j个像素点；令高程变量h=hQ ; (4. 2)根据以下SAR几何定位方程组，迭代求解给予的像素点对应的目标点在地心固 连坐标系下的坐标：
其中，tm为方位时刻，Vm(tm)为卫星速度矢量，λ为合成孔径雷达发射信号的波长，ri 为合成孔径雷达斜距，Pt表示给予的像素点对应的目标点在地心固连坐标系下的坐标，Pt 二^^^&义上标"了"为矩阵或向量的转置^^^^和口^分别为给予的像素点对 应的目标点在地心固连坐标系下的X轴坐标、Y轴坐标和Z轴坐标，Pm (tm)为合成孔径雷达 的接收天线的相位中心位置，|pt-pm(tm)I表示向量pt-pm(tm)的模，Re为赤道半径，f为地球 扁率因子； (4. 3)将给予的像素点对应的目标点在地心固连坐标系下的坐标转换至先验数字高程 丰旲型所在坐标系； (4.4)根据给予的像素点对应的目标点在先验数字高程模型所在坐标系中的坐标，插 值出给予的像素点对应的目标点的高程值Ii1 ; (4. 5)设定设定迭代结束的阈值httoes ; (4. 6)计算插值后得出的给予的像素点对应的目标点的高程值Ill和给予的像素点对应 的目标点的初始参考高程值K的差值，若匕和心的插值满足Ih1-IlcJ彡hthMS，则给予的像 素点对应的目标点的高程为h，然后执行步骤5 ;否则，将令h=Ill，然后执行子步骤（4. 2)。
3. 如权利要求1所述的一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法，其特征在于，在步 骤5中，根据以下公式得出给予的像素点对应的雷达等效速度\ :
其中，为参考方位时间，RMf为雷达参考斜距，hMf为参考高程，VeCtn^f,Rraf,hraf) 为已知的参考像素点对应的雷达等效速度，\、kK、^·>、kh和kh,κ为设置的五个系数，h为 给予的像素点对应的目标点的高程；I为方位时刻，R为给予的像素点对应的目标点的雷达 斜距，^ =^R；ef +ve~ {tmref,Rrenhref ) *(tm -tmrefy〇
4. 如权利要求I所述的一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法，其特征在于，在步 骤6中，通过以下公式构造给予的像素点对应的二次相位误差补偿函数(乂/j··
其中，R为给予的像素点对应的目标点的雷达斜距，λ为合成孔径雷达发射信号的波 长，vg为步骤1进行SAR成像处理时采用的雷达等效速度，ΛVe =wfd为多普勒频率。
5. 如权利要求1所述的一种合成孔径雷达图像方位二次聚焦方法，其特征在于，所述 步骤7的具体子步骤为： (7. 1)将所述N个图像块的第i个图像块作方位向傅里叶变换，得出N个图像块的第i个图像块对应的距离多普勒域信号S(f山； (7. 2)利用步骤6中给予的像素点对应的二次相位误差补偿函数对子步骤（7. 1)中N个图像块的第i个图像块对应的距离多普勒域信号S(fd)i进行相位补偿，得出经相位补偿 后的信号SJf山，SJf山为：
其中，外&?Λ)为步骤6构造出的给予的像素点对应的二次相位误差补偿函数； (7.3)对子步骤（7.2)得出的经相位补偿后的信号进行方位向逆傅里叶变换， 得出经相位补偿处理后的第i个图像块；将N个图像块的第i个图像块设为经相位补偿处 理后的第i个图像块。
【文档编号】G01S13/90GK104237885SQ201410468837
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】索志勇, 李真芳, 蔡丽美, 刘艳阳, 王志斌, 李锦伟 申请人:西安电子科技大学