[發明專利]基于載機航跡偏差估計的無人機載SAR自聚焦方法

有效

• 申請號: 202011222815.6
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112578380B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 丁澤剛;龍騰;王巖;李凌豪;趙祎昆
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種基于載機航跡偏差估計的無人機載SAR自聚焦方法。本發明基于回波數據估計載機航跡偏差，利用由粗到精的分步自聚焦策略，實現載機航跡偏差的精確估計，從而在根本上解決運動誤差的兩維空變性，實現慢速無人機載SAR自聚焦，獲得高分辨無人機載SAR圖像。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達技術領域，具體涉及一種基于載機航跡偏差估計的無人機載合成孔徑雷達(SAR)自聚焦方法。

背景技術

無人機載SAR是一種利用無人機進行合成孔徑成像的技術，可實現全天時、全天候對地觀測，廣泛應用于地形勘探和戰場偵察等領域。目前，對慢速無人機載SAR的方位寬波束成像與運動補償成為無人機載SAR技術發展的一大熱點。

由于體積小(如20厘米見方)、重量輕(如1千克無人機載SAR系統)，飛行高度低且飛行速度慢(如200米的飛行高度，20米每秒的飛行速度)，受氣流和自身簡易動力結構影響，慢速無人機載SAR飛行軌跡復雜，明顯偏離傳統SAR中的勻速直線航跡。此外，由于天線口徑小、天線波束寬，導致無人機載SAR回波的包絡、相位誤差呈現嚴重的兩維空變特性。同時，由于無人機穩定性差，由載機航跡偏差引入的回波運動誤差還具有方位時變性。因此，在慢速無人機載SAR數據處理中，需要解決方位空-時耦合運動誤差的估計和補償問題。

目前對慢速無人機載SAR方位寬波束成像與運動補償有如下三類方法。第一類是基于高精度慣性導航系統(INS)進行運動補償或后向投影(BP)成像，但當雷達工作于高頻頻段時，INS精度往往無法達到成像精度要求，導致成像結果散焦，并且，對于小型無人機，由于載荷體積、載重嚴約束，往往無法裝備高精度慣導。第二類是基于后向投影成像的自聚焦方法，該類方法忽略了包絡誤差，基于回波數據對局部相位誤差進行估計，無法適應空變的包絡誤差。第三類是基于相位梯度自聚焦算法(PGA)估計并擬合相位誤差二階空變系數，該方法存在模型近似誤差。傳統SAR數據處理所基于的方位窄波束假設不再成立。因此，需要研究基于回波數據的慢速無人機載SAR自聚焦算法，從而實現慢速無人機載SAR寬波束成像。

綜上所述，目前沒有一種行之有效的慢速無人機載SAR方位寬波束成像與運動補償方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于載機航跡偏差估計的無人機載SAR自聚焦方法，能夠可以有效的實現慢速無人機載SAR方位寬波束成像與運動補償，實現慢速無人機載SAR自聚焦，獲得高分辨無人機載SAR圖像。

本發明的基于載機航跡偏差估計的無人機載SAR自聚焦方法，包括如下步驟：

步驟1，對無人機載SAR斜距誤差的空不變部分的運動誤差進行估計并補償；

步驟2，分割方位向子孔徑，在各方位向子孔徑內分別進行方位去斜和方位快速傅里葉變換，獲得各方位向子孔徑的粗聚焦圖像；

步驟3，針對各方位向子孔徑粗聚焦圖像，獲取方位向子孔徑粗聚焦圖像的信雜比最高的Q個孤立強散射點的坐標信息；利用當前航跡信息和強散射點的坐標信息，得到強散射點的瞬時斜視角和瞬時擦地角；

步驟4，針對各方位子孔徑，基于步驟3獲得的強散射點的瞬時斜視角和瞬時擦地角進行三維航跡偏差解算，獲得方位子孔徑航跡偏差粗估計結果；對方位子孔徑航跡偏差粗估計結果進行融合，獲得全孔徑航跡偏差粗估計結果；基于所述全孔徑航跡偏差粗估計結果對無人機載SAR的航跡進行粗補償；

步驟5，分割方位向子孔徑，分別利用粗補償后的無人機載SAR的航跡進行后向投影成像，獲得粗補償后的子孔徑圖像；針對各粗補償后的子孔徑圖像，選取信雜比最高的K個孤立強散射點，針對各強散射點，采用對比度最優策略進行強散射點的局部殘余相位誤差估計，獲得局部相位誤差精估計結果；