[發明專利]超寬帶調頻連續波SAR自聚焦成像方法

有效

• 申請號: 202110447593.6
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113219457B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 徐偉迪;汪丙南;向茂生
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫蕾

本發明提供了一種超寬帶調頻連續波SAR自聚焦成像方法，包括以下步驟：利用外部傳感器測量的運動參數，采用距離徙動算法成像得到初步粗聚焦圖像；在所述成像流程中分析超寬帶調頻連續波SAR二維誤差的特點，建立二維頻域的誤差模型；在所述二維頻域的誤差模型的基礎上進行距離徙動誤差的估計和補償；在所述二維頻域的誤差模型的基礎上進行方位相位誤差的估計和補償。本發明給出了超寬帶調頻連續波SAR圖像二維散焦的解決辦法，具備流程簡單易行；運算復雜度低；對場景目標的依賴度低等顯著優勢。

技術領域

本發明涉及超寬帶調頻連續波雷達技術領域，特別涉及一種超寬帶調頻連續波SAR自聚焦成像方法。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)作為一種現代熱門的遙感技術手段，能夠穿云透霧，突破時間、空間的限制，高效獲取高分辨率圖像，在民用以及軍事領域被廣泛的應用于目標成像、追蹤和識別。也正是其廣闊、復雜的應用場景對SAR系統的性能提出了更高的要求，比如：更高的空間分辨率、更大的測繪幅寬、更快的響應時間。因此對應到雷達系統的實現上，核心需求為對寬帶信號的高速操控，即產生、控制、傳輸、處理寬帶信號。然而傳統雷達受制于電子學速率瓶頸，在高速電磁微波的生成、采樣、接收等方面遇到很多難以解決的問題。微波光子雷達系統以光子為載體，利用豐富的光譜資源和靈活的光子技術，具有大帶寬、抗電磁干擾、重量輕、體積小、無相互輻射干擾等優勢，有望引領雷達系統新一代潮流，為遙感領域帶來翻天覆地的變化。本發明以利用微波光子技術實現的超寬帶調頻連續波SAR為背景，分析該類系統的特征及在成像過程中面臨的問題，并據此提出一種自聚焦成像算法。

微波光子雷達因其實現方式的特殊性以及超寬帶信號的應用，在成像方面將不可避免地存在一些傳統雷達不涉及或不關注的困難。一方面，微波光子雷達系統中一般依靠光纖傳輸，光線對于外部環境的變化非常敏感：溫度、濕度、物理抖動都會為系統帶來額外未知的時間延遲。這一影響在長光纖應用的條件下更為嚴重。另一方面，微波光子雷達通常采用寬帶信號來實現高分辨率成像。當信號帶寬達到載波頻率的四分之一時，被認為是超寬帶。因而面臨的頻率色散、波長變化等問題在此類系統中的影響不容忽略。總之，以上兩因素如果得不到合適的消除或補償將對嚴重影響成像質量。在超高分辨率的條件下，不僅會導致方位向相位隨機誤差，還會造成跨距離門的徙動誤差，最終的成像結果將會出現二維散焦。由于以上兩方面具有很強的時變性，而每次實驗前進行定標測量是不現實的，因此可行的方法是對粗聚焦圖像進行后處理以實現圖像的補償。

在實現本發明的過程中，申請人發現上述現有技術存在如下技術缺陷：

截止目前，已經出現很多二維自聚焦方法，一般而言，校正跨距離門徙動的方法，比如借助ISAR中互相關函數進行距離對準等方法，能夠估計出數值范圍較大的誤差，但通常精度較低；對于方位向殘余相位誤差，最常用的方法是相位梯度自聚焦(phase gradientautofocus，PGA)，該類方法估計精度很高，但是由于相位纏繞難以估計較大的誤差。所以二維自聚焦的實現包括兩個步驟：先校正跨距離門誤差再補償殘余方位向相位誤差。但是值得注意的是，現有的聚焦方法主要針對由運動參數造成的圖像模糊，這類誤差主要有飛行平臺偏離理想直線軌跡的情況以及運動測量傳感器的測量誤差組成。這類算法隱含的基本假設是場景中的目標在時域經歷相同的運動誤差，也即殘余跨距離門徙動近似是距離空不變的，因而距離向誤差的主要分量能夠通過一致校正去除，并將殘余誤差限制在一個距離門內。但是聯系微波光子系統中的特殊性，以上假設對于由成像參數造成的圖像散焦情況不成立，現有的自聚焦方法不再適用。