基于子孔径合成的圆周sar后向投影自聚焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR)高分辨率成像的技 术领域，它特别涉及到了圆周SAR高精度运动补偿的技术领域。
【背景技术】
[0002] 合成孔径雷达是一种能够全天时和全天候工作的高分辨率微波成像系统，它能够 在环境较为恶劣的情况下获得较好的成像结果，因此它被广泛的应用于民用和军事领域。 在侦察、地形绘制、资源探测等应用中，合成孔径雷达能够获得高分辨率的微波图像。
[0003] 圆周合成孔径雷达（Circular Synthetic Aperture Radar，CSAR)是一种在切 航迹向和沿航迹向形成圆周孔径的曲线合成孔径雷达模式。该模式是利用雷达载体绕着 场景中心旋转飞行形成圆周轨迹并照射成像场景，再通过对收集到的成像场景回波数据进 行处理得到成像结果。相比于传统的合成孔径雷达，圆周合成孔径雷达能够对场景进行 360度观测，形成二维孔径，从而实现对目标的三维成像。该模式被广泛的应用于对目标的 侦测以及对一些特定区域的全方位侦查。（详见参考文献"M. Soumekh.，Reconnaissance with slant plane circular SAR imaging, IEEE Transactions on Image Processing, V ol. 5, pp. 1252-1265, 1996" 和 "Dheeraj N. Nehru, Viet T.Vu，Thomas K. Sjdgren and Mats I. Pettersson, SAR resolution enhancement with circular aperture in theory and empirical scenario, IEEE Radar Conference,Cincinnati, OH, pp. 0001-0006,May2014"）
[0004] 自聚焦算法是一种运动补偿的方法，自聚焦在SAR图像处理中有着重要的地 位。目前主要的自聚焦算法有最小摘自聚焦算法（详见参考文献"L. Xi, L. Guosui, and J. Ni, Autofocusing of ISAR images based on entropy minimization, IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.，vol. 35, no. 10, pp. 1240 - 1252, Oct. 1999"）、相位梯度自聚 焦（详见参考文献"Martorella. M, Preiss. M, Haywood. B, Bates. B, Polarimetric phase gradient autofocus, IGARSS 2007, July 2007, PP. 133-136"）、图像锐度最大化自聚焦（详 见参考文献"Morrison, Robert L·，Min Ν· Do, and David C. Munson·，SAR image autofocus by sharpness optimization:a theoretical study, IEEE Transactions on Image Proc essing，Vol. 16, No. 9, pp. 2309-2321，2007")。此类算法是通过计算相应评价函数的最优解， 以此来确定补偿的相位误差。后向投影（Back Projection, BP)自聚焦算法是一类基于时 域图像质量的自聚焦算法，主要过程是根据SAR图像质量指标优化方位向相位误差向量， 当SAR图像质量指标达到最优时，即可认为SAR图像聚焦效果最好。圆周SAR在实际成像 中由于目标雷达散射系数截面积（Radar Cross Section，RCS)各向异性，导致现有的圆周 SAR后向投影自聚焦算法不能准确估计相位误差，影响成像精度。并且现有的圆周SAR后向 投影自聚焦算法需要消耗巨大的内存，成像速度非常慢。
【发明内容】
[0005] 为了提高圆周SAR的成像精度和成像速度，本发明提出一种基于子孔径合成的圆 周SAR后向投影自聚焦方法，它是通过将圆周SAR全孔径回波数据划分成子孔径回波数据， 在观测场景中选取强散射单元进行基于图像锐度最大化的后向投影自聚焦处理估计每个 子孔径回波数据的相位误差，然后将所有子孔径回波数据的相位误差合成为圆周SAR全孔 径回波数据相位误差，最后将求解出的圆周SAR全孔径回波数据相位误差进行精确的圆周 SAR后向投影成像。该发明方法与现有的圆周SAR后向投影自聚焦算法相比，具有成像精度 高和速度快的特点，适用于圆周SAR大场景实测数据的处理。
[0006] 为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：
[0007] 定义1、圆周合成孔径雷达
[0008] 圆周合成孔径雷达是利用运动平台绕着场景中心旋转飞行形成圆周轨迹，在航迹 向和切航迹向形成圆周孔径，可以对观测区域进行二维或三维成像的合成孔径雷达系统。
[0009] 定义2、合成孔径雷达标准距离向和方位向压缩方法
[0010] 合成孔径雷达标准距离向和方位向二维压缩方法是指利用合成孔径雷达发射参 数进行二维匹配滤波的过程，主要内容包括：采用距离向参考信号对合成孔径雷达距离向 回波信号进行匹配滤波压缩，距离走动补偿和采用对方位向参考信号对方位向信号进行匹 配滤波得到合成孔径雷达的二维成像（详见参考文献"合成孔径雷达回波信号仿真研宄"， 张朋，西北工业大学博士论文，2004)。
[0011] 定义3、合成孔径雷达原始回波仿真方法
[0012] 合成孔径雷达原始回波仿真方法是指基于合成孔径雷达成像原理仿真出一定系 统参数条件下具有合成孔径雷达回波信号特性的原始信号的方法（详见参考文献"雷达成 像技术"，保铮等编著，电子工业出版社出版）。
[0013] 定义4、圆周合成孔径雷达成像空间
[0014] 圆周合成孔径雷达成像空间是指将场景空间中的散射点投影到切航迹向一沿航 迹向一距离向的三维空间坐标系，该空间由圆周合成孔径雷达成像空间中的三个相互正交 的坐标基确定。本发明中用以下数学关系表示成像空间Ω :
[0015]
【主权项】
1. 一种基于子孔径合成的圆周SAR后向投影自聚焦方法，其特征是它包括如下步骤： 步骤1、初始化圆周SAR系统参数和回波数据 初始化圆周SAR系统参数包括：雷达平台初始位置矢量，记做Ptl= [X & y(l，zj，Xtl为雷 达平台在水平面横轴向上的初始位置，％为雷达平台在水平面纵轴向上的初始位置，Ztl为 雷达平台在地面垂直高度向上的初始位置；雷达平台初始速度矢量，记做V = [vx, vy, vz]， 其中Vx为雷达平台在水平面横轴向上的速度，Vy为雷达平台在水平面纵轴向上的速度，V z 为雷达平台在垂直地面高度向上的速度；雷达发射电磁波的载频，记做f。;雷达发射电磁波 的带宽，记做雷达工作的载频波长，记做λ ;雷达平台的飞行半径，记做R ;雷达平台的 方位角，记做Θ ;雷达平台的俯仰角，记做W电磁波在空气中的传播速度，记做C ;雷达