[發明專利]一種穩健高效的分解投影自動聚焦方法

有效

• 申請號: 202010143982.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111537999B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 沈龍;王家豪;裴凌;馬儀;周仿榮;馬御棠;張旭東
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請公開了一種分解投影自動聚焦方法，包括獲取整個合成孔徑時間內的原始數據，將原始數據分成N個子孔徑數據；對每一個子孔徑數據進行聚焦成像處理，得到第一子圖像；在地面虛擬極坐標系中對第一子圖像進行配準，得到配準圖像數據；采用快速坐標下降法對配準圖像數據進行誤差校正和子圖像融合，得到第二子圖像數據，若第二子圖像數據為一幅子圖像則輸出聚焦成像結果。本申請通過將PGA算法應用到地面虛擬極坐標系下，克服了傳統頻域方法與時域方法不兼容的問題，實現了FFBP算法中的自動聚焦，有效提高子孔徑圖像聚焦精度，本發明建立子圖像的殘差相位誤差模型，適用于雷達平臺不穩定的條帶模式，提高誤差估計精度，減輕計算復雜度。

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種穩健高效的分解投影自動聚焦方法，適用于直升機、飛艇等運動速度不恒定、軌跡不規則的SAR平臺獲取數據的聚焦成像處理。

背景技術

星載合成孔徑雷達(SAR)是微波遙感設備中發展最迅速和最有效的傳感器之一，并且作為主動式傳感器能不受光照和氣候條件的限制，可實現全天時、全天候對地觀測。

目前為止，獲得聚焦SAR圖像的SAR成像算法中較為常見是反向投影算法(BP算法)，這是一種時域算法，其依靠得到的高精度天線相位中心位置路徑，可以適用于各種具有不同波長、帶寬和工作模式的SAR系統。然而，傳統BP算法由于計算復雜度較高，且聚焦成像速度慢，無法滿足實際需求。

對于傳統BP算法存在的問題，近年來中外學者提出了許多改進的BP算法力求降低計算復雜度。其中具有代表性的算法包括快速反向投影算法(FBP)，該算法通過在具有較少網格數的極坐標中對子圖像進行成像來降低計算復雜度。基于FBP算法，又進一步有人提出了快速分解反投影算法(FFBP)以降低計算復雜度，例如專利文獻“一種快速因式分解后向投影SAR自聚焦方法”(專利申請號：2017100935722，申請公布號：CN106802416A)中提出了一種快速因式分解后向投影SAR自聚焦方法，該方法結合快速因式分解后向投影成像算法(FFBP)建立相位誤差優化模型，但是，該方法在對圖像進行聚焦成像處理時，采用的是傳統基于時域圖像方法的自動聚焦方法，計算復雜度仍然較大；又如專利文獻“一種基于FFBPSAR成像的自聚焦方法”(專利申請號：201610177551.4，申請公布號：105842694B)中提出了一種基于FFBP?SAR成像的自聚焦方法，該方法基于FFBP框架，利用點目標相鄰子孔徑的相位差信息提取運動誤差的相位梯度信息，再通過積分的方法估計該運動誤差并補償，實現對SAR圖像的自聚焦處理，然而，由于該方法僅僅估計每個相鄰孔徑的相位差信息，導致相位誤差估計不準，處理精度較差。

發明內容

本發明的目的在于提出一種穩健高效的分解投影自動聚焦方法，以解決現有技術算法的計算復雜度高、校準圖像變形誤差大、相位誤差估計精度低等問題，并且本申請提供的算法改善了算法的聚焦效果，能獲得較高質量的圖像。

本申請提供了一種穩健高效的分解投影自動聚焦方法，包括：

獲取整個合成孔徑時間內的原始數據，將原始數據分成N個子孔徑數據；

對每一個子孔徑數據進行聚焦成像處理，得到第一子圖像；

在地面虛擬極坐標系中對第一子圖像進行配準，得到配準圖像數據；

采用快速坐標下降法對配準圖像數據進行誤差校正和子圖像融合，得到第二子圖像數據；

判斷第二子圖像數據是否為唯一一幅子圖像，若是，則將該子圖像作為聚焦成像結果輸出；若否，則繼續執行對第一子圖像進行配準的步驟。

本申請提供的方法至少具備以下有益效果：

第一，本發明通過將PGA算法應用到地面虛擬極坐標系下，克服了傳統頻域方法與時域方法不兼容的問題，實現了FFBP算法中的自動聚焦，有效提高了子孔徑圖像聚焦精度，降低了計算復雜度。