[發(fā)明專利]顧及波數(shù)域Delaunay子塊的壓縮感知下視陣列SAR誤差補(bǔ)償算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010147873.0
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111323777B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉輝;何向東;趙向鋒;高承恩;華耀沛;李偉;趙巧麗;李葛爽
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/86;G01S7/41
• 代理公司: 鄭州智多謀知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41170
• 代理人: 徐媛媛

1.一種顧及波數(shù)域Delaunay子塊的壓縮感知下視陣列SAR誤差補(bǔ)償算法，其特征在于，主要步驟如下：

步驟R1、以橫滾角為例，引入POS獲得的真實(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建MIMO下視陣列SAR橫滾角分量誤差模型；

步驟R2、根據(jù)目標(biāo)散射強(qiáng)弱依次確定主散射目標(biāo)區(qū)，通過閾值選擇精確構(gòu)建波數(shù)域Delaunay三角網(wǎng)區(qū)域子塊后再做子孔徑補(bǔ)償，最后再用壓縮感知算法稀疏重構(gòu)三維場景，從而反向指導(dǎo)對POS系統(tǒng)的要求；

引入POS(Position??Orientation?System,定位定向系統(tǒng))真實(shí)數(shù)據(jù)，POS中的IMU(Inertial?Measurement?Unit，慣性測量單元)系統(tǒng)獲得的俯仰角、偏航角、橫滾角是參考坐標(biāo)系即IMU坐標(biāo)系相對于北東地坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角；因此，可假設(shè)航跡向X軸為北方向，機(jī)翼Y軸指向東西方向，滿足右手坐標(biāo)系的高程向Z軸指向飛機(jī)正下方；北東地坐標(biāo)系先繞Z軸順時針旋轉(zhuǎn)偏航角κ，再繞已經(jīng)轉(zhuǎn)了κ角的Y_κ軸順時針旋轉(zhuǎn)俯仰角ω，最后繞已經(jīng)轉(zhuǎn)了κ角和ω角的X_κω軸順時針旋轉(zhuǎn)橫滾角α，即可得到平臺飛行時刻的參考坐標(biāo)系，平臺沿航跡軸向發(fā)生旋轉(zhuǎn)α角，記理想的EPC(Equivalent?Phase?Center,等效相位中心)坐標(biāo)即北東地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x,y_n,0)；帶有橫滾角誤差的EPC坐標(biāo)即IMU坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為(x',y',z')；目標(biāo)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(x₀,y₀,z₀)，

旋轉(zhuǎn)α角后，旋轉(zhuǎn)前后EPC坐標(biāo)有如下關(guān)系

理想情況下，EPC到目標(biāo)點(diǎn)的距離R為

存在α橫滾角誤差時，EPC到目標(biāo)點(diǎn)的距離為

則由橫滾角誤差引起的距離誤差ΔR為

式(4)中

A＝2y₀y_n(cosα-1)+2z₀y_nsinα?(5)

將式(5)代入式(4)可得

由式(6)可知，距離誤差ΔR受目標(biāo)坐標(biāo)y₀和z₀的空變影響，經(jīng)解調(diào)和匹配濾波后，回波Echo(t,x,y_n)如式(7)所示：

式中，sinc為sinc函數(shù)，Ψ為回波相位誤差；

為了消除距離誤差ΔR的空變影響，將式(7)中的相位分別對x和y_n求偏導(dǎo)，得到航跡向波數(shù)k_x和跨航向波數(shù)k_y

聯(lián)立式(8)、式(9)和式(3)

根據(jù)菲涅爾近似，并忽略陣元長度小值，可得

將式(11)代入式(10)可得

將式(11)和式(12)代入式(6)可得

由式(13)可知，距離誤差ΔR與目標(biāo)位置無關(guān)，可分為與波數(shù)無關(guān)的ΔR₁和與波數(shù)相關(guān)ΔR₂兩部分，前者可在回波的三維空域中直接補(bǔ)償；后者可在二維波數(shù)域中分塊計(jì)算；

在所述步驟R2中，通過閾值選擇精確構(gòu)建波數(shù)域Delaunay三角網(wǎng)區(qū)域后再補(bǔ)償，主要步驟包括：

步驟1，由ΔR₁構(gòu)造濾波器H_α1，分別對正反編碼原始回波進(jìn)行一次補(bǔ)償

步驟2，將補(bǔ)償完ΔR₁的回波做初步距離壓縮，根據(jù)壓縮后數(shù)據(jù)中圖像強(qiáng)度選擇主散射目標(biāo)距離單元；

步驟3，根據(jù)所選的主散射目標(biāo)距離單元估計(jì)目標(biāo)主瓣寬度；

步驟4，根據(jù)目標(biāo)主瓣寬度并采用分水嶺算法分割出主散射目標(biāo)區(qū)域；

步驟5，再利用補(bǔ)償完ΔR₁的回波數(shù)據(jù)做航跡向和跨航向傅里葉變換，變換到該二維波數(shù)域，根據(jù)分割出的主散射目標(biāo)區(qū)域，通過閾值選擇精確構(gòu)建波數(shù)域Delaunay三角網(wǎng)區(qū)域，每個子塊用中心波數(shù)k_x-ic和k_y-jc代替k_x和k_y，i,j為子塊標(biāo)記，計(jì)算距離誤差ΔR_2-ij為

步驟6，將每個子塊補(bǔ)零并擴(kuò)展到原尺寸后，再做航跡向和跨航向傅里葉逆變換，以及距離向傅里葉變換，得到航跡向和跨航向二維空域，距離向波數(shù)域回波，

式中，k_r為距離向波數(shù)，k_rc為中心波數(shù)，B_r為帶寬，

將公式(16)乘以濾波器H_α2來補(bǔ)償ΔR_2-ij引起的相位誤差

步驟7，再做距離向傅里葉逆變換，轉(zhuǎn)換到三維空域，把每個子塊補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)直接相加，得到最終回波；

步驟8，采用差分與稀疏貝葉斯正則化協(xié)同處理算法獲得高精度三維成像結(jié)果。