一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法制造技术

本发明专利技术公开的一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，包括包络补偿和相位补偿两个主要部分，改进了传统的相位补偿算法，在包络补偿前即可完成相位补偿处理。包络补偿近似处理需要对距离压缩后的回波信号划分距离子带，以降低运动误差的空变性。这样避免了传统包络补偿算法的插值操作，直接在距离频域乘以线性相位完成包络补偿。最终将距离子带的图像进行拼接，得到整个测绘带的成像结果。本发明专利技术的方法通过改进的相位补偿算法保证了信号的相位精度，从而能够更好地结合基于距离子带的快速包络补偿，避免了运算量较大的插值操作，在分辨率不受影响的条件下提高了算法的实时处理性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法
本专利技术涉及SAR成像
，具体是一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法。
技术介绍
机载合成孔径雷达数据处理时的一个重要问题是运动误差的补偿。由于载机飞行过程中受到气流等因素的干扰，实际航迹不再是一条理想的直线，回波数据中从而引入了运动误差。运动误差对分辨率、几何线性度、对比度等产生较大程度的影响，造成图像质量严重下降。因此，运动补偿是机载SAR数据处理中的关键步骤。运动补偿算法通常在二维时域进行，划分为包络补偿和相位补偿两部分。传统运动补偿算法需要首先进行包络补偿，将目标信号校正到正确的距离单元，消除包络时延误差；接下来进行相位补偿，包络补偿作为相位补偿的基础，目标信号只有校正到正确的距离单元后，相位误差才与传统的误差计算公式相匹配，从而能够精确完成相位补偿。机载SAR数据处理时，成像场景中每个目标的包络时延误差并不一致，理想的包络补偿算法逐距离单元进行校正，需要通过插值来实现，这带来了较大的运算量。并且，宽测绘带已经成为SAR发展的一个重要趋势，这使得运算量进一步增加。传统运动补偿算法受此限制，很难满足实时处理的要求，难以很好地在工程实践中应用。当距离向测绘带范围不大时，各个距离单元的空变包络误差可以近似等于测绘带中心的空不变包络误差。因此，为了避免插值带来的大运算量，研究人员根据上述性质曾经提出了一种无需插值的快速包络补偿算法：对距离压缩后的回波信号划分距离子带，降低运动误差的空变性，用子带中心的包络误差代替子带内各距离单元的包络误差，直接在距离频域乘以线性相位完成包络补偿。这种基于距离子带的运动补偿算法带来另一个关键问题：非子带中心的目标信号并没有校正到正确的距离单元，产生了残余包络时延误差；如果仍然按照传统相位误差计算公式，会造成相位补偿参考函数与真实的相位误差并不匹配，降低了相位补偿的精度，使得最终的图像质量受到影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供是一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，该算法对传统算法中的相位补偿部分进行了改进，调整了包络补偿和相位补偿的处理顺序。该算法提高了实时处理性能，保证了相位补偿的精度满足分辨率要求，并且避免了大量的插值运算量，获得的图像质量高。技术方案：本专利技术公开的一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，基本思想是对传统算法中的相位补偿部分进行了改进，调整了包络补偿和相位补偿的处理顺序。该算法的包络补偿部分仍然采用距离子带的处理方法，避免运算量较大的插值操作；但是在包络补偿近似处理前首先进行改进的相位补偿操作，以使相位补偿不受残余包络时延误差的影响，保证了信号的相位精度。算法使用了与传统的波束视线方向运动误差计算公式不同的计算方式，改进了传统算法的处理流程，突破了包络补偿对相位补偿的制约关系；在保证相位补偿精度满足分辨率要求的条件下，从而能更好地结合无需插值的快速包络补偿算法，提高了算法的实时处理性能。具体包括以下步骤：1)对原始回波信号进行距离压缩；距离向变换到距离频域进行匹配滤波，再变换回时域完成距离压缩。2)对距离压缩后的回波信号划分距离子带。3)进行改进的相位补偿。第i个距离子带内波束视线方向运动误差计算公式为：i·(Nr_sub-Nr_overlap)≤l≤i·(Nr_sub-Nr_overlap)+Nr_sub-1(2)式中，H为理想航迹的载机高度，Δy为垂直航迹方向的位置误差，Δz为高度方向的位置误差，Nr_sub为子带的距离单元数，Nr_overlap为相邻子带间复用的距离单元数，l表示距离单元的索引，Δri表示第i个距离子带内波束视线方向运动误差，rb表示测绘带中每个距离单元对应的斜距式中，r0表示第一个距离单元对应的斜距，fs为距离向信号的采样率，c为光速，Nr为总的距离单元数。4)进行无需插值的快速包络补偿。5)Omega-K算法处理，变换到二维时域得到距离子带的图像。6)对步骤5)获得的距离子带图像进行自聚焦处理；自聚焦处理进一步得到聚焦良好的距离子带图像。7)重复步骤3)～步骤6)，直到所有距离子带数据处理完毕。8)拼接各个子带图像，得到整个测绘带的成像结果。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤1)距离压缩参考函数为：式中，fr为距离向频率，kr为发射信号调频斜率。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2)的距离子带个数为：Nsubswath＝(Nr-Nr_sub)/(Nr_sub-Nr_overlap)+1(5)作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4)中进行改进的相位补偿时，第i个距离子带对应的相位补偿参考函数为：作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4)中进行无需插值的快速包络补偿时，第i个距离子带对应的包络补偿参考函数为：式中，Δrc,i表示第i个距离子带中心对应的运动误差。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5)中进行Omega-K算法处理时，第i个距离子带对应的一致压缩参考函数为：式中，fc为载频，fa为方位向频率，Va为载机速度，rc,i表示第i个距离子带中心的最短斜距。下面通过与传统计算公式的比较对步骤3)进行详细说明。波束视线方向运动误差Δr具有距离空变性，运动补偿算法需要根据惯导数据计算出各个距离单元对应的Δr。如图2所示，改进的Δr计算公式中令目标T与实际航迹的最短斜距(r+Δr)对应于第p个距离单元r+Δr＝rb(p)，则那么，目标与理想航迹的最短斜距为则改进的Δr计算公式为传统运动补偿算法中，当进行了精确的包络补偿后，目标信号被校正到正确的距离单元。因此，后续的相位补偿中计算Δr时令目标T与理想航迹的最短斜距r对应于第m个距离单元r＝rb(m)，则其在地面的投影长度为那么，目标与实际航迹的最短斜距(r+Δr)可以表示为则传统算法中Δr的计算公式为式(11)与式(14)比较可以发现，式(14)是根据目标与理想航迹的最短斜距来得到实际航迹下的最短斜距，式(11)则是根据目标与实际航迹的最短斜距来反推理想航迹下的最短斜距。目标理想航迹下的最短斜距与实际航迹下的最短斜距都应与式(3)距离向标尺中的某一单元相对应。式(14)是假设式(3)表示的各距离单元映射为理想航迹下的最短斜距，计算的每个距离单元对应的相位误差是针对精确包络补偿后的信号，这时包络补偿产生误差就会使得相位补偿也不够准确。式(11)是假设式(3)表示的各距离单元映射为实际航迹下的最短斜距，计算的每个距离单元对应的相位误差是针对包络补偿前的信号，各个距离单元的相位补偿函数与信号真实的相位误差是准确匹配的，保证了相位补偿的精度不受包络补偿误差的影响。本专利技术提出的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法与已有的运动补偿算法相比较，核心在于对传统算法中的相位补偿部分进行了改进，调整了包络补偿和相位补偿的处理顺序。本专利技术提出的算法首先保证信号的相位精度，使得相位补偿的效果不再受到包络补偿结果的制约；在保证相位补偿精度满足分辨率要求的条件下，从而能更好地结合无需插值的快速包络补偿算法，提高了算法的实时处理性能。由于大大减少了运算量，降低了研究成本，提高了研究效率，在宽测绘带成为SAR发展的一个重要趋势的背景下，为SAR成像技术的研究发展提供了一个重要的研究方向。附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于，包括以下步骤：1)对原始回波信号进行距离压缩；2)对距离压缩后的回波信号划分距离子带；3)进行改进的相位补偿，第i个距离子带内波束视线方向运动误差计算公式为：i·(Nr_sub‑Nr_overlap)≤l≤i·(Nr_sub‑Nr_overlap)+Nr_sub‑1    (2) 式中，H为理想航迹的载机高度，Δy为垂直航迹方向的位置误差，Δz为高度方向的位置误差，Nr_sub为子带的距离单元数，Nr_overlap为相邻子带间复用的距离单元数，l表示距离单元的索引，Δri表示第i个距离子带内波束视线方向运动误差，rb表示测绘带中每个距离单元对应的斜距式中，r0表示第一个距离单元对应的斜距，fs为距离向信号的采样率，c为光速，Nr为总的距离单元数；4)进行无需插值的快速包络补偿；5)Omega‑K算法处理，变换到二维时域得到距离子带的图像；6)对步骤5)获得的距离子带图像进行自聚焦处理；7)重复步骤3)～步骤6)，直到所有距离子带数据处理完毕；8)拼接各个子带图像，得到整个测绘带的成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于，包括以下步骤：1)对原始回波信号进行距离压缩；2)对距离压缩后的回波信号划分距离子带；3)进行改进的相位补偿，第i个距离子带内波束视线方向运动误差计算公式为：i·(Nr_sub-Nr_overlap)≤l≤i·(Nr_sub-Nr_overlap)+Nr_sub-1(2)式中，H为理想航迹的载机高度，Δy为垂直航迹方向的位置误差，Δz为高度方向的位置误差，Nr_sub为子带的距离单元数，Nr_overlap为相邻子带间复用的距离单元数，l表示距离单元的索引，Δri表示第i个距离子带内波束视线方向运动误差，rb表示测绘带中每个距离单元对应的斜距式中，r0表示第一个距离单元对应的斜距，fs为距离向信号的采样率，c为光速，Nr为总的距离单元数；4)进行无需插值的快速包络补偿；5)Omega-K算法处理，变换到二维时域得到距离子带的图像；6)对步骤5)获得的距离子带图像进行自聚焦处理；7)重复步骤3)～步骤6)，直到所有距离子带数据处理完毕；8)拼接各个子带图像，得到整个测绘带的成像结果。2.根据权利要求1所述的高分辨率宽测绘带机载SAR实时运动补偿算法，其特征在于，所述步骤1)距离压缩参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱岱寅，杨鸣冬，毛新华，吴迪，丁勇，聊蕾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32