[發明專利]一種顛簸平臺SAR三維運動誤差估計方法

有效

• 申請號: 201910414485.1
• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN110146857B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 梁毅;李國霏;王虹現;邢孟道
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/90
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種顛簸平臺SAR三維運動誤差估計方法，本發明針對的雷達平臺為顛簸平臺，對顛簸平臺的三維運動誤差造成的成像散焦問題，通過在未經運動誤差補償的原始圖像中依據圖像對比度篩選出多個強散射區域，并估計出各強散射區域的局部相位誤差，再利用總體最小二乘法對三維運動誤差進行粗估計，最后通過高斯牛頓迭代得到精確的三維運動誤差。在顛簸平臺SAR成像中，采用本方法可以實現誤差的空變補償，進而改善顛簸平臺SAR成像質量。

技術領域

本發明屬于SAR成像技術領域，特別涉及一種顛簸平臺SAR三維運動誤差估計方法，可用于無人機等顛簸平臺的SAR成像處理。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)作為一種主動式微波有源傳感器，可以全天時、全天候、遠距離獲取觀測場景的二維圖像，已廣泛應用于各種雷達載體。然而，由顛簸平臺三維運動誤差造成的相位誤差會使成像質量退化。一種有效的改進方式是利用顛簸平臺的全球定位系統(GPS)和慣性測量單元(IMU)對原始數據進行補償，但只有其精度達到波長級才能保證聚焦效果。因此基于數據的運動補償方法在SAR成像中具有重要作用。

傳統自聚焦方法如圖像偏移法(MD)、相位梯度自聚焦(PGA)算法等均假設相位誤差是空間不變的，即非空變的。但實際上，由三維運動誤差造成的相位誤差是隨空間變化的，即空變的，因此出現了一些通過估計三維運動誤差來補償空變相位誤差并實現圖像聚焦的方法。對于三維運動誤差估計，傳統方法多通過最小二乘法(LS)和總體最小二乘法(TLS)求解超定方程組計算得到對運動誤差。由于存在計算誤差及其它干擾，其計算結果仍存在一定的殘余誤差。

當雷達平臺為顛簸平臺時，其運動軌跡更為復雜，三維運動誤差造成的圖像散焦也更為明顯。因此傳統自聚焦方法和基于LS或TLS的三維運動誤差估計方法無法滿足顛簸平臺SAR成像質量要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種顛簸平臺SAR三維運動誤差估計方法，本發明通過在未經運動誤差補償的原始圖像中依據圖像對比度篩選出多個強散射區域，并估計出各強散射區域的局部相位誤差，再利用總體最小二乘法對三維運動誤差進行粗估計，最后通過高斯牛頓迭代得到精確的三維運動誤差。在顛簸平臺SAR成像中，采用本方法可以實現誤差的空變補償，進而改善顛簸平臺SAR成像質量。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以解決。

一種顛簸平臺SAR三維運動誤差估計方法，包括以下步驟：

步驟1，采用顛簸平臺SAR發射并接收回波信號；對回波信號進行解調，得到解調后的基帶回波信號s₀(τ，t_a)。對基帶回波信號用慣導數據進行粗補償，并進行距離向匹配濾波處理，得到距離壓縮后的信號s(τ，t_a)；其中，τ為距離快時間，t_a為方位慢時間；

步驟2，將距離壓縮后的信號s(τ，t_m)進行粗聚焦成像，得到未經運動誤差補償的原始圖像；

步驟3，根據圖像對比度，從原始圖像中篩選出多個強散射區域；

步驟4，估計每個強散射區域的局部相位誤差函數；

步驟5，將每個局部相位誤差函數轉換為斜距誤差函數，通過總體最小二乘法求解，得到雷達平臺三維運動誤差初值；

步驟6，構建高斯牛頓迭代函數，將顛簸平臺三維運動誤差初值作為高斯牛頓迭代的初始步長，通過高斯牛頓迭代函數的多次迭代，對強散射區域中心點與顛簸平臺位置的斜距進行修正，進而得到精確的三維運動誤差。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明采用基于高斯牛頓迭代的三維運動誤差估計方法，改善了SAR成像算法的聚焦效果。