本发明专利技术公布了一种用于条带式合成孔径雷达图像的自聚焦方法，属于ＳＡＲ图像的自聚焦方法。本发明专利技术将相位梯度自聚焦ＰＧＡ算法和子孔径相关ＭＤ算法结合应用于条带式合成孔径雷达ＳＡＲ图像自聚焦中的算法ＰＧＡ－ＭＤ，采用ＰＧＡ算法对各子图进行自聚焦处理，得到高精度的子孔径相位误差函数，再利用相邻子图间方位向偏移量和线性相位之间的关系，运用ＭＤ算法计算子孔径相位误差函数间的线性相位差来实现相位拼接，完成对条带式ＳＡＲ图像的自聚焦处理。本发明专利技术利用ＭＤ算法替代传统基于二阶导数进行子孔径相位误差函数拼接的过程，提高对条带式ＳＡＲ图像的自聚焦效果。
【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及，属于SAR图像的自聚 焦方法的
技术介绍
相位梯度自聚焦(phase gradient autofocus,简称PGA)算法通过相位误差补 偿改善合成孔径雷达(synthetic即erture radar，简称SAR)图像的聚焦质量，因为其具 有良好的自聚焦性能和鲁棒性，被广泛应用于SAR图像上。此技术如文献1:D.E Wahl， P. H. Eichel，D. C. Ghiglia，C. V. Jakowatz，JR.Phase Gradient Autofocus-A Robust Tool for HighResolution SAR Phase Correction 1994. 2 :Hian Lim Chan. Tat Soon Yeo. Noniterative QualityPhase-Gradient Autofocus (QPGA)Algorithm for Spotlight SAR Imagery 1998.中公开的技术。 由于条带式SAR图像的数据模式特点，若直接在全孔径内应用PGA算法，会引起不同的相位误差相互叠加，无法得到正确的相位估计值。为了改善条带式SAR图像的 聚焦质量，首先将图像在方位向与参考线性调频信号进行巻积，恢复其方位向数据，然后分子孔径成像，并分别对各子图利用相位曲率自聚焦(phase curvature autofocus，简 称PCA)算法估计子孔径相位误差函数的二阶导数，最后基于二阶导数完成相位拼接，作 用于该条带式SAR图像上，实现全孔径的自聚焦处理。此技术如文献1 :D. E Wahl， C. V.， Jakowatz，Jr. ，P. A. Thompson,D. C. Ghiglia. New Approach to Strip—Map SAR Autofocus 1994. 2 :KarlusA. CSmara de Macedo. Rolf Scheiber， Alberto Moreira. An Autofocus Approach for ResidualMotion Errors With Application to Airborne Repeat—Pass SAR Interferometry 2008.中公开的技术。 通过蒙特卡罗仿真发现，PCA算法需在较高信噪比条件下才能保证对于相位的 无偏估计，而一般SAR图像无法满足这一要求，所以利用PCA算法对于子孔径相位误差函 数的估计精度较低，影响对条带式SAR图像的自聚焦效果。为了解决这一问题，利用PGA 算法替代PCA算法对各子图进行自聚焦，提高子孔径相位误差函数的估计精度。此技术 如文献1 :P. T. Gough， M. P. Hayes， D. R. Wilkinson. Strip-map path correction using phasematching autofocus 2000. 2 :M. P. Hayes， J. H. Callow,P. T. Gough. Strip—map phase gradient autofocus2002.中公开的技术。 由于PGA估计得到的子孔径相位误差函数具有不同的线性相位，直接进行相位拼 接，会导致自聚焦后的条带式SAR图像中出现虚假目标。因此，对PGA估计得到的高精度子 孔径相位误差函数的梯度值，再求取其二阶导数，并基于二阶导数完成子孔径相位误差函 数的拼接，消除不同线性相位对于图像的影响，实现改善条带式SAR图像聚焦质量的目的。 我们将该方法称为改进PCA算法。此技术如文献l :Douglas G.Thompson, JamesS. Bates, David V. Arnold, David G. Long, .Extending the Phase Gradient Autofocus Algorithm forLow—Altitude Stripmap Mode SAR 1999. 2 :J. H. Callow. Signal processing forsynthetic即erturesonar image enhancement 2003.中公开的技术。然而基于二阶导数 的相位拼接方法会导致估计误差的严重积累，影响自聚焦效果。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种用于条带式合成孔径雷达图像 的自聚焦方法。 本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案 本专利技术，其特征在于包括如下步 骤 第一步恢复条带式SAR图像方位向数据，并分子孔径成像 将条带式SAR图像在方位向和公式(1)所示的参考线性调频信号进行巻积，恢复 SAR图像方位向数据 Zz(附)-exp7;^附-、2、m ￡ (1) 式(1)中，e邓(.)代表指数运算；j代表为复数的虚部，S卩7:V^T; Y为调频斜率； m。为SAR图像方位向脉冲数； 将恢复后的SAR图像方位向数据分子孔径后分别乘以移位后的参考线性调频信 号的共轭A*(") = exp"-， V 2(2) 式(2)中，n。为子孔径的长度; 对各子孔径分别进行方位向傅里叶变换FFT，得到与子孔径对应的子图； 第二步将第一步所述的子图逐幅进行PGA自聚焦处理，得到自聚焦后的子图和子孔径相位误差函数的一阶导数； 第三步利用MD算法估计子孔径相位误差函数间的线性相位差，实现基于一阶导 数的相位拼接，得到补偿相位函数一阶导数； 第四步通过一次积分第三步所述的补偿相位函数一阶导数得到补偿相位函数， 并对该条带式SAR图像进行相位补偿。 所述的，其特征在于第三步所述 的基于一阶导数的子孔径相位误差函数拼接方法如下 采用改进PCA算法，等价于利用相邻两段子孔径相位误差函数梯度值的差作为未知线性相位差的估计值，艮卩 尸C4△(")' = A A-i (4) 其中，我(M)为第i幅子图相位误差的梯度值，m(i—m为第i-1幅和第i幅子图的某 一复用脉冲位置，即所选取的拼接点；第i幅子图和第一幅子图的线性相位差估计值为6尸C4PC4(5) E代表求和运算；基于二阶导数进行子孔径相位误差函数拼接，得到对应第i段子孔径的相位误差梯度值为 A尸C4 , A A PC4 、(附)=p,.(附)—Aiim^(w)附e (6)、 J 其中，recti (.)为矩形窗函数，即只有对应属于第i段子孔径的脉冲位置处为1，其它位置为0 ;m。为SAR图像方位向脉冲数，在高信噪比条件下，各子孔径内PGA算法估计的相位误差梯度值均为无偏估计，即 五A (附)(7) E表示求期望W(m)为相位误差梯度值的理论真实值；A 为线性相位差；结合公式(6)，得到实现子孔径相位误差函数拼接后，相位误差梯度值的期望 五 —A尸04 —广、A (附)=《 乂」■ ， 山 s Si(8)利用公式(4) (5)，得:A1;=五乞 啤i=2=五 广A/ 、、、一￡乂将公式(9)结果带入公式(8)，得五尸C4=p(附)？"e",.(附) /we(10) 基于二阶导数的子孔径相位误差函数拼接所得到的第i幅子图和第一幅子图的线性相位差估计值^^和对应第i段子孔径的相位误差梯度值;，(附)均为无偏估计 第i幅子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于条带式合成孔径雷达图像的自聚焦方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：恢复条带式ＳＡＲ图像方位向数据，并分子孔径成像将条带式ＳＡＲ图像在方位向和公式（１）所示的参考线性调频信号进行卷积，恢复ＳＡＲ图像方位向数据：ｈ（ｍ）＝ｅｘｐ（ｊπγ（ｍ－ｍ↓［０］／２）↑［２］）ｍ∈［０，ｍ↓［０］－１］（１）式（１）中，ｅｘｐ（．）代表指数运算；ｊ代表为复数的虚部，即ｊ＝＊；γ为调频斜率；ｍ↓［０］为ＳＡＲ图像方位向脉冲数；将恢复后的ＳＡＲ图像方位向数据分子孔径后分别乘以移位后的参考线性调频信号的共轭：ｈ↑［＊］（ｎ）＝ｅｘｐ（－ｊπγ（ｎ－ｎ↓［０］／２）↑［２］）ｎ∈［０，ｎ↓［０］－１］（２）式（２）中，ｎ↓［０］为子孔径的长度；对各子孔径分别进行方位向傅里叶变换ＦＦＴ，得到与子孔径对应的子图；第二步：将第一步所述的子图逐幅进行ＰＧＡ自聚焦处理，得到自聚焦后的子图和子孔径相位误差函数的一阶导数；第三步：利用ＭＤ算法估计子孔径相位误差函数间的线性相位差，实现基于一阶导数的相位拼接，得到补偿相位函数一阶导数；第四步：通过一次积分第三步所述的补偿相位函数一阶导数得到补偿相位函数，并对该条带式ＳＡＲ图像进行相位补偿。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱岱寅，蒋锐，毛新华，汪玲，李勇，朱兆达，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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