[發(fā)明專利]一種基于二維非線性映射的SAR運動補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010055280.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111208515B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐世陽;張弛;張林讓;任義;張娟
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發(fā)明涉及一種基于二維非線性映射的SAR運動補償方法，包括步驟：接收飛機姿態(tài)信息、瞬時速度信息和天線角度信息；對飛機姿態(tài)信息、天線角度信息和瞬時速度信息進(jìn)行預(yù)處理，得到載機到參考點的斜距歷程；對SAR成像系統(tǒng)接收的回波信號依次進(jìn)行下變頻、距離脈壓處理，得到距離脈壓后的距離頻率域回波信號；根據(jù)斜距歷程對距離脈壓后的距離頻率域回波信號進(jìn)行一致相位補償，得到一致相位補償后的距離頻率域回波信號；對一致相位補償后的距離頻率域回波信號進(jìn)行二維插值，得到基于二維非線性映射關(guān)系插值空間的信號；對基于二維非線性映射插值空間的信號進(jìn)行二維逆傅里葉變換，得到SAR聚焦圖像。該補償方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中運動補償效果不佳的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二維非線性映射的SAR運動補償方法。

背景技術(shù)

SAR作為一種主動式對地觀測系統(tǒng)，極大地提高了獲取地面信息的能力，并已廣泛用于國防領(lǐng)域。近年來，隨著飛行器技術(shù)的快速發(fā)展，無人飛行器(UAV)常被用于遙感檢測。由于機載SAR系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離、高分辨率、成像范圍廣等優(yōu)點，通常與光電、紅外設(shè)備配合使用，通過融合，極大地豐富了圖像信息；特別是對于探測和識別地面移動目標(biāo)，機載SAR系統(tǒng)一直扮演著非常重要的角色。

與星載SAR系統(tǒng)不同，載機在飛行過程中會受到氣流的影響，導(dǎo)致速度和姿態(tài)發(fā)生變化，從而引起運動誤差；特別是對于無人機等小型載機，在低空低速飛行時，氣流引起的運動誤差較大，會對成像產(chǎn)生較大影響。一方面，姿態(tài)變化引起的運動誤差會影響天線的波束指向，斜視角度的變化會引起回波頻率中心在方位角上的偏移，情況嚴(yán)重時，頻譜也會發(fā)生折疊。另一方面，由速度變化引起的運動誤差會引起軌道波動，可改變斜距歷程，帶來新的非線性相位誤差并導(dǎo)致圖像散焦；特別是對于機載高分辨率SAR系統(tǒng)，累積的運動誤差將隨著合成孔徑長度的增加而增加。因此，需要一種有效而準(zhǔn)確的運動補償方法來獲得可以滿足實際要求的效果。

傳統(tǒng)的運動補償方法有兩種：一種是通過參數(shù)估計方法從回波中獲取由運動誤差引起的非線性相位誤差，這些參數(shù)包括相位梯度自動聚焦(PGA)、多普勒中心估計和多普勒調(diào)頻，在沒有高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的SAR系統(tǒng)中，這些參數(shù)有重要作用。但是為了提高估計的準(zhǔn)確性，算法中采用了一些復(fù)雜的流程，例如迭代，運算量也增加了，不適合實時SAR系統(tǒng)；另一個方法是基于來自慣性測量單元(IMU)和全球定位系統(tǒng)(GPS)的運動參數(shù)，這些參數(shù)提供了瞬時運動參數(shù)，用以構(gòu)造成像幾何形狀并估算運動誤差。

例如申請公布號為CN106291548A，名稱為“基于慣導(dǎo)信息和回波數(shù)據(jù)的Ka調(diào)頻連續(xù)波SAR運動補償方法”，公開了基于慣導(dǎo)信息和回波數(shù)據(jù)的SAR運動補償方法，包括：步驟一、根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)計算誤差補償函數(shù)，結(jié)合該誤差補償函數(shù)進(jìn)行成像處理，得到初步聚焦圖像；步驟二、基于所述聚焦圖像的自聚焦處理，得到殘余的距離向和高度向偏差；步驟三、結(jié)合殘余的距離向和高度向偏差對誤差補償函數(shù)進(jìn)行更新；步驟四、結(jié)合更新后的誤差補償函數(shù)進(jìn)行成像處理，得到聚焦圖像。但當(dāng)SAR平臺垂直航向法平面時，此時航向補償效果不理想。此外，使用該方法將斜距歷程展開，得到相對應(yīng)的調(diào)頻階數(shù)，但是此時高階調(diào)頻存在近似，并且各階方位維與俯仰維存在耦合，導(dǎo)致運動補償效果變差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于二維非線性映射的SAR運動補償方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明實施例提供了一種基于二維非線性映射的SAR運動補償方法，包括步驟：

S1、在一個脈沖周期內(nèi)M個采樣點下，接收慣性測量單元輸出的飛機姿態(tài)信息和東北天坐標(biāo)系下的瞬時速度信息，并接收雷達(dá)狀態(tài)信息系統(tǒng)輸出的天線角度信息；

S2、結(jié)合運動方程，對所述飛機姿態(tài)信息、所述天線角度信息和所述瞬時速度信息進(jìn)行預(yù)處理，得到載機到參考點的斜距歷程；

S3、對SAR成像系統(tǒng)接收的回波信號進(jìn)行下變頻，得到SAR成像系統(tǒng)接收的基帶回波信號；