一种面向SAR多普勒中心估计的模糊抑制方法及系统

本发明涉及合成孔径雷达信号与信息处理，尤其涉及一种面向sar多普勒中心估计的模糊抑制方法及系统。

背景技术：

1、合成孔径雷达(synthetic aperture radar,sar)是一种主动式微波成像传感器，与传统光学遥感和高光谱遥感相比，sar具备全天候、全天时、大范围、高分辨率的成像能力，成为对地观测的主要手段之一。

2、sar多普勒中心估计是sar成像的前提和必经步骤，同时也是地面运动目标检测、海流速度估计等应用的核心技术。现有的多普勒中心估计方法主要分为频域估计和时域两类，频域估计方法通过建立估计算子与多普勒谱进行相关，寻找过零点估计多普勒中心；时域估计算法通过维纳-辛钦定理，将时域信号的自相关函数和多普勒功率谱相关联估计多普勒中心。然而，这些多普勒中心估计方法并没有考虑方位模糊效应，导致受方位模糊影响较严重区域的多普勒中心估计结果产生较大的偏差，严重影响了sar成像及其应用。

3、方位模糊是sar图像中一种固有现象，是由于以有限的采样频率对连续的多普勒频谱采样造成的，在星载sar图像中更为常见。对于陆地而言，一般方位模糊的强度相比于真实目标更低，因此其特征相对不明显；但对于海洋这种弱散射场景，陆地和舰船等强散射点极易在海洋背景上形成虚假目标，即“鬼影”，从而给如舰船检测等sar图像的应用带来巨大困扰。

4、针对这一问题，不少学者开展了方位模糊相关研究并提出了一系列方位模糊抑制方法，包括基于sar单视复图像的方位模糊抑制方法、基于sar幅度图的方位模糊抑制方法以及利用sar多极化数据和多时相数据进行方位模糊抑制的方法。然而，这些方法仅关注sar幅度图，在方位模糊抑制的过程中严重地破坏了相位信息，导致基于模糊抑制后的单视复图像无法准确估计多普勒中心。

5、以上分析显示，要想准确估计多普勒中心频率，必须考虑方位模糊的影响，同时，在进行方位模糊抑制时，必须最大限度地保护相位信息，显然，现有方法无法同时满足以上二个要求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种面向sar多普勒中心估计的模糊抑制方法及系统，用以解决现有方法因破坏相位信息导致基于模糊抑制后的单视复图像无法准确估计多普勒中心的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种面向sar多普勒中心估计的模糊抑制方法，包括以下步骤：

3、对sar单视复图像进行分割，得到多个子图像；估计每个子图像的初始多普勒中心频率；

4、基于每个子图像的初始多普勒中心频率和每个子图像对应的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比；

5、基于每个子图像的方位模糊比构建方位模糊抑制正则化函数，基于所述正则化函数计算最优多普勒谱加权系数；

6、基于所述最优多普勒加权系数对每个子图像的方位模糊进行抑制，估计每个子图像的最终多普勒中心频率。

7、基于上述技术方案的进一步改进，所述方位模糊抑制正则化函数为：

8、

9、其中，λ表示正则化参数，αl和αr表示多普勒谱加权系数，p(f)表示子图像的多普勒功率谱，aasrl和aasrr分别表示子图像的左方位模糊比和右方位模糊比；

10、使所述方位模糊抑制正则化函数取最大值时的多普勒谱加权系数为该子图像的最优多普勒谱加权系数。

11、进一步地，采用以下步骤估计每个子图像的初始多普勒中心频率：

12、对于每个子图像，构建相关函数

13、相关函数的零点对应的多普勒值为该子图像的初始多普勒中心频率；

14、其中，p(f)表示该子图像的多普勒功率谱，b(f)表示多普勒中心最优估计算子，表示圆周相关。

15、进一步地，所述多普勒中心最优估计算子为：

16、

17、其中，a(f)为子图像对应的天线方向性图，a′(f)表示a(f)的导数，n(f)表示子图像的噪声功率谱。

18、进一步地，所述多普勒中心最优估计算子为：

19、

20、其中，a(f)为子图像对应的天线方向性图，a′(f)表示a(f)的导数。

21、进一步地，基于每个子图像的初始多普勒中心频率和每个子图像对应的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比，包括：

22、对于每个子图像，基于该子图像的初始多普勒中心频率构建维纳滤波器，对该子图像对应的幅度图像进行滤波；

23、基于滤波前后的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比。

24、进一步地，构建的维纳滤波器为：

25、

26、

27、

28、

29、其中，h1(f)和h2(f)分别表示左模糊维纳滤波器和右模糊维纳滤波器，p′m(f)表示主信号归一化功率谱，p′al(f)表示左模糊信号归一化功率谱，p′ar(f)表示右模糊信号归一化功率谱，fdc表示子图像的初始多普勒中心频率，w(f)表示成像过程中的方位向窗函数，g2(·)表示多普勒功率谱，prf表示雷达脉冲重复频率，ba表示多普勒带宽，f表示方位频率。

30、进一步地，基于滤波前后的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比，包括：

31、根据总信号的功率为主信号功率与模糊信号功率之和建立如下方程组：

32、

33、其中，

34、

35、

36、

37、每个子图像的方位模糊比为：

38、

39、其中，pu表示幅度图像滤波前的总信号功率，pz表示幅度图像滤波后的总信号功率，cmi表示幅度图像经第i个滤波器滤波后的主信号功率，cali表示幅度图像经第i个滤波器滤波后的左模糊信号功率，cari表示幅度图像经第i个滤波器滤波后的右模糊信号功率，|hi(f)|表示第i个维纳滤波器的模值，aasrl和aasrr分别表示左方位模糊比和右方位模糊比，pal表示左模糊信号功率，par表示右模糊信号功率，p′al(f)表示左模糊信号归一化功率谱，p′ar(f)右模糊信号归一化功率谱。

40、进一步地，基于所述最优多普勒加权系数对每个子图像的方位模糊进行抑制，包括：

41、采用公式对子图像的多普勒功率谱进行方位模糊抑制；

42、其中，p(f)表示该子图像的多普勒功率谱，和表示最优多普勒谱加权系数，表示方位模糊抑制后的多普勒功率谱，*表示按位相乘。

43、另一方面，本发明实施例提供了一种面向sar多普勒中心估计的模糊抑制系统，包括以下模块：

44、初始多普勒中心估计模块，用于对sar单视复图像进行分割，得到多个子图像；估计每个子图像的初始多普勒中心频率；

45、方位模糊比估计模块，用于基于每个子图像的初始多普勒中心频率和每个子图像对应的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比；

46、多普勒谱加权系数计算模块，用于基于每个子图像的方位模糊比构建方位模糊抑制正则化函数，基于所述正则化函数计算最优多普勒谱加权系数；

47、最终多普勒中心估计模块，用于基于所述最优多普勒加权系数对每个子图像的方位模糊进行抑制，估计每个子图像的最终多普勒中心频率。

48、与现有技术相比，本发明通过将sar单视复图像分割成多个子图像，根据基于每个子图像的初始多普勒中心频率和每个子图像对应的幅度图像估计每个子图像的方位模糊比，根据方位模糊比计算子图像的最优多普勒加权系数从而对子图像(复图像)进行模糊抑制，进而实现了不破坏相位信息而进行模糊抑制，提高了多普勒中心频率估计的准确性。

49、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。