[發(fā)明專利]一種用于無人機載SAR成像的運動補償自聚焦方法與裝置

在審

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• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111551934A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃巖;葉炳辰;劉飛揚;徐剛;蔡龍珠
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

針對無人機機載合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中存在嚴(yán)重的運動誤差，無法僅利用慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行高分辨成像的問題，本發(fā)明公開了一種用于無人機載SAR成像的運動補償自聚焦方法與裝置。本發(fā)明方法中提出一種改進(jìn)的子孔徑相關(guān)算法，在獲得充足的距離空變信息條件下，比已有的子孔徑相關(guān)算法具有更高的多普勒調(diào)頻率估計精度，能夠更有效地補償具有距離空變的運動誤差。為了避免局部場景均勻或沒有強散射點導(dǎo)致子孔徑多普勒調(diào)頻率估值產(chǎn)生奇異點，本發(fā)明采用了隨機一致性方法來有效抑制奇異點對成像結(jié)果的干擾。本發(fā)明通過實測數(shù)據(jù)的仿真實驗證明了所提方法的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于無人機載SAR成像的運動補償自聚焦方法與裝置，屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)可在全天候條件下工作，采用寬帶信號獲得高的距離分辨率，通過平臺運動形成虛擬大孔徑提高方位分辨率，最終實現(xiàn)高分辨二維成像。合成孔徑雷達(dá)成像要求平臺運動矢量在合成孔徑時間內(nèi)是不變的，其中星載合成孔徑雷達(dá)通常滿足要求，但機載合成孔徑雷達(dá)尤其是無人機載合成孔徑雷達(dá)由于受到大氣中不穩(wěn)定的氣流等因素影響，導(dǎo)致其運動平臺偏離預(yù)定的航跡、天線相位中心偏移、飛行姿態(tài)改變，即存在嚴(yán)重的運動誤差。如何對無人機合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行運動補償是無人機合成孔徑雷達(dá)成像的一個關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)今國外主流的合成孔徑雷達(dá)運動補償成像技術(shù)主要利用高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來補償載機和天線波束的平穩(wěn)性，然后再通過自聚焦成像算法處理即可得到相對理想的合成孔徑雷達(dá)圖像。而現(xiàn)在國內(nèi)無人機合成孔徑雷達(dá)只能配備小體積輕便的低精度慣導(dǎo)系統(tǒng)，無法實現(xiàn)無人機載合成孔徑雷達(dá)的高精度運動補償。此外，為突破敵方雷達(dá)防線，無人機經(jīng)常采用低空飛行的手段，此時為獲取寬場景合成孔徑雷達(dá)成像，雷達(dá)要以低俯仰角工作，必然導(dǎo)致運動誤差存在很強的距離空變性，進(jìn)一步增加了高精度合成孔徑雷達(dá)成像的難度。目前為了補償機載合成孔徑雷達(dá)平臺的運動誤差，很多學(xué)者已經(jīng)提出了一些運動補償?shù)姆椒?。Bezvesilniy等[Bezvesilniy,O.O.,I.M.Gorovyi,and D.M.Vavriv.Estimation of Phase Errors inSAR Data by Local-Quadratic Map-Drift Autofocus.International RadarSymposium 2012:376-381]提出了一種運動誤差補償方法，能夠較好的補償方位向的運動誤差，但是不能有效補償距離向運動誤差。而M.Xing等[M.Xing,X.Jiang,R.Wu,F.Zhou,andZ.Bao,“Motion compensation forUAV SAR based on raw radar data,”IEEETrans.Geosci.Remote Sens.,vol.47,no.8,pp.2870–2883,Aug.2009]提出一種新的運動補償方法將方位向分成多個子孔徑，再在各子孔徑中將距離向分塊，利用已有的子孔徑相關(guān)(Map-Drift，MD)算法估計局部的多普勒調(diào)頻率(Doppler Rate，DR)，能同時補償方位向和距離向的運動誤差。但是其對距離向分塊后，分別求出每個距離塊的多普勒調(diào)頻率，對各多普勒調(diào)頻率進(jìn)行擬合，這樣往往會帶來很多問題。若距離向分塊數(shù)量少，每塊有足夠多的距離單元，用子孔徑相關(guān)算法能夠獲得更精確的解，卻不能提供足夠的距離空變信息；分塊數(shù)量多時，雖然能提供足夠的距離空變信息，但當(dāng)子塊中僅包含少量的特顯點時，估計精度難以保證。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)中距離向分塊數(shù)量問題，本發(fā)明目的在于基于已有的子孔徑相關(guān)算法，提出一種新的合成孔徑雷達(dá)成像的運動補償自聚焦方法與裝置。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中難以同時獲得良好的多普勒調(diào)頻率估計精度和充足的距離空變信息的問題，并有效抑制奇異點對成像結(jié)果的干擾，能夠適用于無人機體積較小、無法攜帶高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)、合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中存在嚴(yán)重運動誤差的合成孔徑雷達(dá)成像。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所述的一種用于無人機載SAR成像的運動補償自聚焦方法，包括如下步驟：