一种高分辨率宽测绘带机载sar实时运动补偿算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及SAR成像技术领域，具体是一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动 补偿算法。
【背景技术】
[0002] 机载合成孔径雷达数据处理时的一个重要问题是运动误差的补偿。由于载机飞行 过程中受到气流等因素的干扰，实际航迹不再是一条理想的直线，回波数据中从而引入了 运动误差。运动误差对分辨率、几何线性度、对比度等产生较大程度的影响，造成图像质量 严重下降。因此，运动补偿是机载SAR数据处理中的关键步骤。
[0003] 运动补偿算法通常在二维时域进行，划分为包络补偿和相位补偿两部分。传统运 动补偿算法需要首先进行包络补偿，将目标信号校正到正确的距离单元，消除包络时延误 差；接下来进行相位补偿，包络补偿作为相位补偿的基础，目标信号只有校正到正确的距离 单元后，相位误差才与传统的误差计算公式相匹配，从而能够精确完成相位补偿。机载SAR 数据处理时，成像场景中每个目标的包络时延误差并不一致，理想的包络补偿算法逐距离 单元进行校正，需要通过插值来实现，这带来了较大的运算量。并且，宽测绘带已经成为SAR 发展的一个重要趋势，这使得运算量进一步增加。传统运动补偿算法受此限制，很难满足实 时处理的要求，难以很好地在工程实践中应用。
[0004] 当距离向测绘带范围不大时，各个距离单元的空变包络误差可以近似等于测绘带 中心的空不变包络误差。因此，为了避免插值带来的大运算量，研宄人员根据上述性质曾 经提出了一种无需插值的快速包络补偿算法：对距离压缩后的回波信号划分距离子带，降 低运动误差的空变性，用子带中心的包络误差代替子带内各距离单元的包络误差，直接在 距离频域乘以线性相位完成包络补偿。这种基于距离子带的运动补偿算法带来另一个关 键问题：非子带中心的目标信号并没有校正到正确的距离单元，产生了残余包络时延误差； 如果仍然按照传统相位误差计算公式，会造成相位补偿参考函数与真实的相位误差并不匹 配，降低了相位补偿的精度，使得最终的图像质量受到影响。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的问题是提供是一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算 法，该算法对传统算法中的相位补偿部分进行了改进，调整了包络补偿和相位补偿的处理 顺序。该算法提高了实时处理性能，保证了相位补偿的精度满足分辨率要求，并且避免了大 量的插值运算量，获得的图像质量高。
[0006] 技术方案：本发明公开的一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，基 本思想是对传统算法中的相位补偿部分进行了改进，调整了包络补偿和相位补偿的处理顺 序。该算法的包络补偿部分仍然采用距离子带的处理方法，避免运算量较大的插值操作；但 是在包络补偿近似处理前首先进行改进的相位补偿操作，以使相位补偿不受残余包络时延 误差的影响，保证了信号的相位精度。算法使用了与传统的波束视线方向运动误差计算公 式不同的计算方式，改进了传统算法的处理流程，突破了包络补偿对相位补偿的制约关系； 在保证相位补偿精度满足分辨率要求的条件下，从而能更好地结合无需插值的快速包络补 偿算法，提高了算法的实时处理性能。
[0007] 具体包括以下步骤：
[0008] 1)对原始回波信号进行距离压缩；距离向变换到距离频域进行匹配滤波，再变换 回时域完成距离压缩。
[0009] 2)对距离压缩后的回波信号划分距离子带。
[0010] 3)进行改进的相位补偿。第i个距离子带内波束视线方向运动误差计算公式为：
【主权项】
1. 一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 对原始回波信号进行距离压缩； 2) 对距离压缩后的回波信号划分距离子带； 3) 进行改进的相位补偿，第i个距离子带内波束视线方向运动误差计算公式为：
(1) i(Nr-subNr-overiap) € 1 €i(Nr-subNr-overiap) +Nr-sub1 (2) 式中，H为理想航迹的载机高度，Ay为垂直航迹方向的位置误差，Az为高度方向的位 置误差，队sub为子带的距离单元数，Nu_lap为相邻子带间复用的距离单元数，1表示距离单 元的索引，Ari表示第i个距离子带内波束视线方向运动误差，1^表示测绘带中每个距离 单元对应的斜距
(3) 式中，A表示第一个距离单元对应的斜距，fs为距离向信号的采样率，c为光速，^为 总的距离单元数； 4) 进行无需插值的快速包络补偿； 5) 0mega-K算法处理，变换到二维时域得到距离子带的图像； 6) 对步骤5)获得的距离子带图像进行自聚焦处理； 7) 重复步骤3)~步骤6)，直到所有距离子带数据处理完毕； 8) 拼接各个子带图像，得到整个测绘带的成像结果。
2. 根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于， 所述步骤1)距离压缩参考函数为：
(4) 式中，f,为距离冋频率，k,为友射信兮调频斜率。
3. 根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于， 所述步骤2)的距离子带个数为： ^subswath(NrNr-sub) / (Nr-subNr-〇veriap) +1 (5)。
4. 根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于， 所述步骤3)中进行改进的相位补偿时，第i个距离子带对应的相位补偿参考函数为：
(6)0
5. 根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于， 所述步骤4)中进行无需插值的快速包络补偿时，第i个距离子带对应的包络补偿参考函数 为： (7) 式中，Arc;i表示第i个距离子带中心对应的运动误差。
6.根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于， 所述步骤5)中进行Omega-K算法处理时，第i个距离子带对应的一致压缩参考函数为：
(8) 式中，f。为载频，fa为方位向频率，Va为载机速度，r。^表示第i个距离子带中心的最短 斜距。
【专利摘要】本发明公开的一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，包括包络补偿和相位补偿两个主要部分，改进了传统的相位补偿算法，在包络补偿前即可完成相位补偿处理。包络补偿近似处理需要对距离压缩后的回波信号划分距离子带，以降低运动误差的空变性。这样避免了传统包络补偿算法的插值操作，直接在距离频域乘以线性相位完成包络补偿。最终将距离子带的图像进行拼接，得到整个测绘带的成像结果。本发明的方法通过改进的相位补偿算法保证了信号的相位精度，从而能够更好地结合基于距离子带的快速包络补偿，避免了运算量较大的插值操作，在分辨率不受影响的条件下提高了算法的实时处理性能。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104808182
【申请号】CN201510173539
【发明人】朱岱寅, 杨鸣冬, 毛新华, 吴迪, 丁勇, 聊蕾
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月13日