一种基于改进PGA的SAR舰船图像重聚焦方法

本发明涉及sar舰船图像的成像处理，更特别地说，是一种基于改进的pga进行sar舰船图像重聚焦的方法。

背景技术：

1、雷达从诞生起，人们就希望在雷达屏幕上能看到目标的真实图像，而不仅仅是在雷达屏幕上显示出一个尖头脉冲或一个亮点。随着成像雷达的发展，它具有对运动目标、区域目标进行成像和识别的能力。sar舰船图像就是通过设置在海面上的机载雷达设备获取的雷达成像。

2、2019年6月第8卷第3期，《雷达学报》，公开了一种机载多功能海上监视雷达系统，其包括机载雷达设备和信息处理软件两个部分，系统组成如图1所示。

3、随着大容量、高速并行计算机技术的迅速发展，雷达信号处理实时性也得以提升，人们对sar舰船图像分辨率的要求也越来越高，相应的积累时间也越来越长。在较长的积累时间内，舰船目标在海浪、风和稳定系统等联合作用下存在摇摆现象。这种非合作的摇摆运动使得舰船目标上不同位置的散射点有着不同的运动参数，即舰船目标成像具有空变性，导致了sar舰船图像的散焦。

4、sar图像自聚焦方法利用sar数据本身估计并去除残余相位误差，分为参数模型法和非参数模型法。对于参数模型法，如carrara的《spotlight synthetic aperture radar:signal processing algorithms》中的子孔径相关法(map drift algorithm，mda)和donohoe的《subaperture autofocus for synthetic aperture radar》中的多子孔径相关法(multiple aperture mapdrift，mam)，它们由于运动模型精度不足或者计算过多等问题，不适用于带有空变性的成像场景。在非参数模型法中，应用最广泛的方法是wahl在1994年《phase gradient autofocus-a robust tool for high resolution sar phasecorrection》中提出的相位梯度自聚焦(phase gradient autofocus，pga)算法。pga算法通过估计相位梯度和补偿相位误差来实现图像的自聚焦。因此，即使相位误差具有高阶多项式形式，pga算法也有能力处理舰船摆动引起的高阶相位误差。然而，pga算法的目标是处理均匀运动的目标，这不适用于舰船目标成像带有空变性的情况。

技术实现思路

1、本发明提出的一种基于改进pga的sar舰船图像重聚焦方法，一方面是针对现有sar舰船图像自聚焦方法的不足，另一方面是为了解决sar海面舰船成像空变性引起的散焦问题。本发明方法根据海况等级和舰船尺寸的先验信息，先将sar舰船图像沿距离向分割为子图像(即距离向子图像)，然后对每个距离向子图像分别用改进的相位梯度自聚焦算法(即改进pga算法)进行相位补偿，克服了舰船摇摆带来的船上各点运动参数不一致的技术问题。

2、本发明对sar舰船图像重聚焦过程是在现有“机载多功能海上监视雷达系统”中增加了“舰船图像重聚焦子系统”，如图3和图4所示，所述舰船图像重聚焦子系统先将sar舰船图像分成距离向子图像，然后分别对各个距离向子图像进行重聚焦。在多功能海上监视雷达的sar处理器中的舰船图像重聚焦子系统完成sar舰船图像重聚焦处理步骤有：

3、步骤一:对散焦的sar全景舰船图像进行截取，得到包含舰船目标在内的图像sship；

4、步骤二:根据海况等级和舰船尺寸确定距离向子图像的分块大小lr；

5、步骤三:依据lr对sship进行分割，得到距离向子图像；

6、步骤四:对每一幅距离向子图像采用改进pga算法进行重聚焦并补偿线性相位，得到修正后子图像；

7、步骤五:沿距离向将修正后子图像组合成聚焦清晰的图像sfocus。

8、在sar舰船图像的图像重聚焦中，应用本发明方法有以下的优点：

9、(1)通过将sar舰船图像分割成距离向子图像并分别对其进行聚焦，克服了舰船摇摆带来的各点散焦程度不一的问题，取得了极好的聚焦效果。

10、(2)利用改进pga的sar舰船图像重聚焦方法，解决了舰船非一致运动引起的散焦问题。

11、(3)用最小二乘法估计了改进pga算法中补偿相位的一次项并构建滤波器进行补偿，解决了传统pga算法带来的图像偏移问题。

技术特征：

1.一种基于改进pga的sar舰船图像重聚焦方法，是在机载多功能海上监视雷达系统中增加了舰船图像重聚焦子系统；其特征在于sar舰船图像重聚焦处理步骤有：

2.根据权利要求1所述的基于改进pga的sar舰船图像重聚焦方法，其特征在于：在方位向上，聚焦的a点的分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比分别比以传统pga方法聚焦的好1.44m、－11.27db和－11.09db。

3.根据权利要求1所述的基于改进pga的sar舰船图像重聚焦方法，其特征在于：在方位向上，聚焦的b点的分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比分别比以传统pga方法聚焦的好1.05m、－12.22db和－6.74db。

技术总结
本发明公开了一种基于改进PGA的SAR舰船图像重聚焦方法，先对散焦或粗聚焦的SAR舰船全景图像数据进行截取，得到包含舰船目标在内的数据图像；然后根据海况等级和舰船尺寸确定子图像的距离向分块大小；接着，根据确定的距离向分块尺寸将SAR图像分割为距离向子图像；然后，对每个距离向子图像运用改进PGA算法进行自聚焦；最后，沿距离向将各个子图像组合成聚焦清晰的图像。相较于传统图像的重聚焦处理方法，本发明方法克服了舰船摇摆带来的空变性，显著提高了成像效果。

技术研发人员：于金栋,刘畅,于泽,李春升
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16