[發明專利]基于BiSAR回波的相關運動誤差補償方法、系統及應用

有效

• 申請號: 202010127580.6
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111443349B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 周松;王慶慶;包敏;楊磊
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41;G01S7/295
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于雷達成像技術領域，公開了一種基于BiSAR回波的相關運動誤差補償方法、系統及應用，通過BiSAR信號建模和波數矢量分解，得到極坐標下圖像頻譜解析表示，找到運動誤差引起的相位誤差和非系統性距離單元徙動之間的相關性；采用聯合估計和補償的方法對相位誤差進行粗估計。對回波信號進行FFBP成像處理，得到誤差補償前的極坐標下的SAR圖像；將該圖像變換至距離壓縮?方位頻域并對其進行相位誤差粗估計，得到粗略的相位誤差；利用粗估計得到的相位誤差補償NsRCM，再進行相位誤差精估計和精補償，最終改善圖像聚焦質量。本發明大大降低了對高精度慣導測量系統的依賴，并且具有較高的處理效率和工程實用性。

技術領域

本發明屬于雷達成像技術領域，尤其涉及一種在快速分解后向投影(Fastfactorized back projection，FFBP)處理框架下基于回波的BiSAR相關運動誤差補償方法、系統及應用。

背景技術

合成孔徑雷達(synthetic aperture radar,SAR)具有全天候、全天時和遠距離作用的特點，在導彈制導、對地觀測、災害監控和環境保護等軍用和民用領域有著廣泛的應用，而雙基SAR(bistatic SAR,BiSAR)的配置更為靈活，能夠獲得更為豐富的目標散射信息，此外由于其接收站隱蔽的特性還能夠大大提高其在戰場的生存能力，因此，BiSAR應用一直受到非常廣泛的關注，對BiSAR的研究也一直近年來的熱點。

然而，與傳統單基站SAR成像相比，BiSAR的幾何構型和信號特性更為復雜，并且BiSAR信號本身也不再滿足方位不變的假設，這給傳統頻域成像算法的應用引入難點，而采用時域成像算法處理具有非常重要的優勢。在實際的機載應用條件下，由于平臺載機平臺的運動誤差對成像的影響。尤其針對一些小型的BiSAR系統，由于受到載重和成本的限制，系統本身難以配置高精度的慣導測量設備，需要采用自聚焦的方法從回波數據中估計和補償運動誤差，達到改善圖像聚焦質量的目的。

然而，現有的自聚焦誤差補償方法大多針對頻域成像算法的處理框架設計，這類自聚焦方法難以直接結合時域快速成像算法的處理框架。雖然基于最優化和搜索的自聚焦誤差補償方法可以在時域快速成像的框架下進行，但是其搜索處理本身運算量較大，難以滿足實時成像的效率要求。因此，針對時域快速成像的處理框架，設計高效的自聚焦誤差補償方法仍然是BiSAR成像的難題。尤其在運動誤差比較劇烈的情況，還需要考慮由運動誤差引起的非系統距離單元徙動(nonsystematic range cell migration,NsRCM)問題。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)機載BiSAR中，由于氣流、載機平臺的不穩定等因素將引入未知運動誤差，該誤差嚴重影響BiSAR成像的聚焦質量。

(2)針對運動誤差問題，可以配備高精度的慣導設備測量運動誤差并進行誤差補償，然而高精度的慣導設備價格高、體積大、甚至受進口限制，因此現有BiSAR系統難以配備高精度的慣導設備，難以采用測量的方法進行誤差補償。

(3)與傳統的頻域成像算法相比，時域快速成像算法處理BiSAR具有更多的優勢，然后現有的自聚焦誤差算法通常是結合頻域成像處理，難以在時域快速成像處理中應用。

解決上述技術問題的難度：如何在時域快速成像算法的處理框架下設計高效的自聚焦誤差補償方法，同時精確補償由運動誤差引起的方位相位誤差(azimuthal phaseerror，APE)和NsRCM，改善合成孔徑雷達(synthetic aperture radar，SAR)圖像聚焦質量。

解決上述技術問題的意義：

1.本發明給出了一種高精度高效率的誤差補償方法，解決機載BiSAR中的運動誤差問題，保證了BiSAR圖像的聚焦質量。