一種合成孔徑雷達成像方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種合成孔徑雷達SAR成像方法，所述方法包括：對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理，對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；通過對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變相位梯度自聚焦PGA處理，獲取并校正SAR數據的殘余誤差相位；對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理。本發明同時還公開了一種SAR成像裝置。
【專利說明】一種合成孔徑雷達成像方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及機載雷達成像【技術領域】,尤其涉及一種合成孔徑雷達(SAR, SyntheticAperture Radar)成像方法及裝置。
【背景技術】
[0002]SAR是一種具有全天時、全天候特點的微波遙感裝置，廣泛應用于地形測繪、海洋監測、災情預報和目標識別等領域。SAR可安裝在衛星或飛機上以獲取觀測場景的高分辨率微波圖像。由于大氣的擾動，機載SAR平臺的實際航線相對于理想航線存在一定的偏差，從而造成SAR圖像存在模糊和畸變，即造成SAR圖像的散焦。因此，如何準確地去除機載SAR平臺的運動誤差來獲得精確聚焦的SAR圖像是目前急需解決的重要問題。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的技術問題，本發明實施例提供一種SAR成像方法及裝置。
[0004]本發明實施例提供了一種SAR成像方法，所述方法包括:
[0005]對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理；
[0006]對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；
[0007]通過對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變相位梯度自聚焦(PGA，Phase Gradient Autofocus)處理,獲取并校正SAR數據的殘余誤差相位；
[0008]對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理。
[0009]上述方案中，所述對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理:以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理。
[0010]上述方案中，所述以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理之前，所述方法還包括:
[0011]根據機載實際航跡與理想航跡的幾何關系和導航系統中的原始SAR數據，獲取實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量，根據原始SAR數據的運動誤差偏移量，獲取原始SAR數據的誤差相位。
[0012]上述方案中，所述對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理為:利用線性頻率變標算法(CSA, Chirp Scaling Algorithm)對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理。
[0013]上述方案中，所述利用CSA對運動補償后的SAR數據進行無方位向壓縮處理包括:
[0014]采用CSA對運動補償后的SAR數據進行頻率調制，并對頻率調制后的SAR數據的距離徙動差量進行校正處理；
[0015]在二維頻譜域對距離徙動差量校正處理后的SAR數據依次進行距離向壓縮、二次壓縮和一致距離徙動校正處理；[0016]在多普勒域對一致距離徙動校正處理后的SAR數據進行方位向壓縮和附加相位校正。
[0017]上述方案中，所述對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變PGA處理包括:
[0018]將距離向壓縮處理后的數據沿距離向分為各SAR數據塊，將各SAR數據塊沿方位向劃分子孔徑，對各SAR數據塊中的每個子孔徑進行標準PGA處理，獲取各SAR數據塊中每個子孔徑的殘余誤差相位。
[0019]上述方案中，所述獲取SAR數據的殘余誤差相位包括:
[0020]分別對各SAR數據塊中的子孔徑間存在的重疊部分進行殘余誤差相位拼接，獲取各SAR數據塊的殘余誤差相位曲線；
[0021 ] 分別將各SAR數據塊間的殘余誤差相位作為各SAR數據塊中距離向中間單元的殘余誤差相位，利用插值函數對各SAR數據塊中每個距離單元的殘余誤差相位進行插值擬合處理，獲取整個距離向單元的SAR數據的殘余誤差相位。
[0022]本發明實施例還提供了一種SAR成像裝置，所述裝置包括:補償模塊、壓縮模塊、聚焦處理模塊；其中，
[0023]所述補償模塊，用于對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理；并根據所述聚焦處理模塊發送的SAR數據的殘余誤差相位，校正SAR數據的殘余誤差相位；
[0024]所述壓縮模塊，用于對所述補償模塊運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；并對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理；
[0025]所述聚焦處理模塊，用于通過對所述壓縮模塊距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變PGA處理，獲取SAR數據的殘余誤差相位，并將獲取的SAR數據的殘余誤差相位發送給所述補償模塊。
[0026]上述方案中，所述補償模塊，具體用于以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理。
[0027]上述方案中，所述壓縮模塊，具體用于利用CSA對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理。
[0028]上述方案中，所述聚焦處理模塊，具體用于將距離向壓縮處理后的數據沿距離向分為各SAR數據塊，將各SAR數據塊沿方位向劃分子孔徑，對各SAR數據塊中的每個子孔徑進行標準PGA處理，獲取各SAR數據塊中每個子孔徑的殘余誤差相位。
[0029]上述方案中，所述聚焦處理模塊，具體還用于:分別對各SAR數據塊中的子孔徑間存在的重疊部分進行殘余誤差相位拼接，獲取各SAR數據塊的殘余誤差相位曲線；
[0030]分別將各SAR數據塊間的殘余誤差相位作為各SAR數據塊中距離向中間單元的殘余誤差相位，利用插值函數對各SAR數據塊中每個距離單元的殘余誤差相位進行插值擬合處理，獲取整個距離向單元的SAR數據的殘余誤差相位。
[0031]本發明實施例提供的SAR成像方法，所述方法包括:對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理，對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；通過對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變相位梯度自聚焦PGA處理，獲取并校正SAR數據的殘余誤差相位；對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理，如此，能夠獲得精確聚焦的復雜觀測場景的SAR圖像。【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明實施例一提供的SAR成像方法流程示意圖；
[0033]圖2為本發明實施例一、二提供的機載實際航跡與理想航跡的幾何關系示意圖；
[0034]圖3為本發明實施例一、二提供的距離向空變PGA處理距離向壓縮數據的方法示意圖；
[0035]圖4為本發明實施例一、二提供的標準PGA自聚焦處理方法流程示意圖；
[0036]圖5為本發明實施例二提供的SAR成像裝置結構示意圖；
[0037]圖6為現有技術中經過運動補償后存在散焦的SAR圖像；
[0038]圖7為現有技術中經過標準PGA處理后的SAR圖像；
[0039]圖8為本發明實施例三提供的SAR圖像；
[0040]圖9為現有技術中經過標準PGA處理后觀測場景A的SAR圖像；
[0041]圖10為本發明實施例三提供的觀測場景A的SAR圖像；
[0042]圖11為現有技術中經過標準PGA處理后觀測場景B的SAR圖像；
[0043]圖12為本發明實施例三提供的觀測場景B的SAR圖像。
【具體實施方式】
[0044]為了能更好的理解本發明的內容，本發明先介紹現有技術中獲取高分辨SAR圖像的方法。運動補償(M0C0, Motion Compensation)技術是解決高分辨SAR圖像散焦問題的重要技術手段。在傳統的MOCO方案中，首先利用機載平臺自帶的慣性測量裝置(MU，Inertial Measurement Units)實現SAR數據的距離向非空變運動補償，以消除高分辨情況下平臺運動誤差導致的距離徙動問題；其次在此基礎上，再采用各種自聚焦方法進一步消除散射點的相位誤差，從而獲得高分辨SAR圖像。這里，在沒有IMU的情況下，可以采用數據估計的方法實現距離向非空變運動補償。
[0045]但傳統的MOCO方案本身是基于平坦地形來設計的，對于復雜地形，傳統的MOCO方案在高分辨條件下，對地形起伏導致的散焦問題卻無能為力。而在實際應用中，這種場景是大量存在的，因而有必要尋求一種復雜地形條件下的高分辨SAR圖像成像方法。
[0046]基于此，在本發明的各種實施例中:對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理；對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；通過對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變相位梯度自聚焦PGA處理，獲取并校正SAR數據的殘余誤差相位；對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理，即可得到精確聚焦的觀測場景的SAR圖像。
[0047]下面通過附圖及具體實施例對本發明的技術方案做進一步的詳細說明。
[0048]實施例一
[0049]本發明實施例提供一種SAR成像方法，如圖1所示，該方法主要包括以下步驟:
[0050]步驟101，對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理；
[0051]本步驟中，首先根據機載實際航跡與理想航跡的幾何關系和導航系統中的原始SAR數據，獲取實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量，根據原始SAR數據的運動誤差偏移量，獲取原始SAR數據的誤差相位；并以觀測場景中心為基準點，根據原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理。[0052]具體地，圖2示出了正側視模式下的機載實際航跡與理想航跡的幾何關系；其中，X軸是指理想航跡，曲線是指實際航跡；在tm時刻,理想航跡的天線相位中心(APC, AntennaPhase Center)為[Vtm, O, H]，實際航跡的 APC 為[Vtm+ Δ x (tm)，Δ y (tm), Η+Δ z (tm)]。
[0053]其中，所述V是指機載平臺的速度；所述H是指機載平臺的速度；所述Vtm是指在tm時刻，機載平臺的速度；所述Ax(tm)是指機載平臺在X軸方向上，實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量；所述Ay(tm)是指機載平臺在Y軸方向上，實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量；所述Az(tm)是指機載平臺在Z軸方向上，實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量。[Ax(tm)，Ay(tffl), Λ z (tm)]組成實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量。
[0054]這里，圖2中的Pn為觀測場景中的強散射點，坐標為(xn，yn, zn)，所述Pn到實際航跡的APC的最近距離為Rtl,在tm時刻，Pn到實際航跡的APC的瞬時距離為:
[0055]
【權利要求】
1.一種合成孔徑雷達SAR成像方法，其特征在于，所述方法包括: 對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理； 對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理； 通過對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變相位梯度自聚焦PGA處理，獲取并校正SAR數據的殘余誤差相位； 對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理。
2.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理:以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理。
3.根據權利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理之前，所述方法還包括: 根據機載實際航跡與理想航跡的幾何關系和導航系統中的原始SAR數據，獲取實際航跡相對于理想航跡的運動誤差偏移量，根據原始SAR數據的運動誤差偏移量，獲取原始SAR數據的誤差相位。
4.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理為:利用線性頻率變標算法CSA對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理。
5.根據權利要求4所述的成像方法，其特征在于，所述利用CSA對運動補償后的SAR數據進行無方位向壓縮處理包括: 采用CSA對運動補償后的SAR數據進行頻率調制，并對頻率調制后的SAR數據的距離徙動差量進行校正處理； 在二維頻譜域對距離徙動差量校正處理后的SAR數據依次進行距離向壓縮、二次壓縮和一致距離徙動校正處理； 在多普勒域對一致距離徙動校正處理后的SAR數據進行方位向壓縮和附加相位校正。
6.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述對距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變PGA處理包括: 將距離向壓縮處理后的數據沿距離向分為各SAR數據塊，將各SAR數據塊沿方位向劃分子孔徑，對各SAR數據塊中的每個子孔徑進行標準PGA處理，獲取各SAR數據塊中每個子孔徑的殘余誤差相位。
7.根據權利要求6所述的成像方法，其特征在于，所述獲取SAR數據的殘余誤差相位包括: 分別對各SAR數據塊中的子孔徑間存在的重疊部分進行殘余誤差相位拼接，獲取各SAR數據塊的殘余誤差相位曲線； 分別將各SAR數據塊間的殘余誤差相位作為各SAR數據塊中距離向中間單元的殘余誤差相位，利用插值函數對各SAR數據塊中每個距離單元的殘余誤差相位進行插值擬合處理，獲取整個距離向單元的SAR數據的殘余誤差相位。
8.—種SAR成像裝置，其特征在于，所述裝置包括:補償模塊、壓縮模塊、聚焦處理模塊;其中，所述補償模塊，用于對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理；并根據所述聚焦處理模塊發送的SAR數據的殘余誤差相位，校正SAR數據的殘余誤差相位； 所述壓縮模塊，用于對所述補償模塊運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理；并對校正后的SAR數據進行方位向壓縮處理； 所述聚焦處理模塊，用于通過對所述壓縮模塊距離向壓縮處理后的SAR數據進行距離向空變PGA處理，獲取SAR數據的殘余誤差相位，并將獲取的SAR數據的殘余誤差相位發送給所述補償模塊。
9.根據權利要求8所述的成像裝置，其特征在于，所述補償模塊，具體用于以觀測場景中心為基準點，根據獲取的原始SAR數據的誤差相位對原始SAR數據進行距離向非空變運動補償處理。
10.根據權利要求8所述的成像裝置，其特征在于，所述壓縮模塊，具體用于利用CSA對運動補償后的SAR數據進行距離向壓縮處理。
11.根據權利要求8所述的成像裝置，其特征在于，所述聚焦處理模塊，具體用于將距離向壓縮處理后的數據沿距離向分為各SAR數據塊，將各SAR數據塊沿方位向劃分子孔徑，對各SAR數據塊中的每個子孔徑進行標準PGA處理，獲取各SAR數據塊中每個子孔徑的殘余誤差相位。
12.根據權利要求11所述的成像裝置，其特征在于，所述聚焦處理模塊，具體還用于:分別對各SAR數據塊中的子孔徑間存在的重疊部分進行殘余誤差相位拼接，獲取各SAR數據塊的殘余誤差相位曲線； 分別將各SAR數據塊間的殘余誤差相位作為各SAR數據塊中距離向中間單元的殘余誤差相位，利用插值函數對各SAR數據塊中每個距離單元的殘余誤差相位進行插值擬合處理，獲取整個距離向單元的SAR數據的殘余誤差相位。
【文檔編號】G01S7/41GK103995260SQ201410175656
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】劉亞波, 龔小東, 張磊, 李寧, 王宇, 鄧云凱 申請人:中國科學院電子學研究所