申请/专利权人：西安电子工程研究所

申请日：2021-11-10

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN114089333B

主分类号：G01S13/90

分类号：G01S13/90;G06F17/14;G06F17/15;G06F17/17

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2022.03.15#实质审查的生效;2022.02.25#公开

摘要：本发明涉及一种基于直升机平台的SAR振动误差估计及补偿方法，主要针对直升机载平台合成孔径雷达进行观测成像时存在的直升机平台自身振动引起的图像聚焦质量下降问题，通过分析回波信号以及振动误差特性，建立相应的含误差信号回波模型，并在此基础上，结合相位梯度自聚焦算法的处理思想，设计完整的运动误差估计及补偿处理流程，消除高频振动误差对成像聚焦的影响，进而获取聚焦效果良好的高分辨SAR图像。

主权项：1.一种基于直升机平台的SAR振动误差补偿成像方法，其特征在于步骤如下：步骤1：建立含振动误差斜距模型；假设SAR发射信号的脉冲重复周期为Tr，则天线相位中心相邻慢时间理想间距为vTr，理想高度为H，天线相位中心在慢时间t的瞬时真实和理想位置坐标分别表示为[vt+Δxt,Δyt,H+Δzt]和[vt,0,H]，瞬时运动误差矢量定义为d＝[Δxt,Δyt,Δzt]，其中Δyt和Δzt分别表示载机平台在Y轴和Z轴方向上的瞬时位置偏差；假设雷达正侧视工作，即雷达斜视角α＝0，地面某散射点坐标为x,y,z，则其到天线相位中心的瞬时斜距表示为： 其中，表示目标到理想航线的最短距离，和cosθ＝Hr，θ表示雷达视线入射角；式1中真实斜距分解成两项：R0表示理想斜距表达，ΔR表示为斜距误差；斜距误差表达式3中的第一项表示沿航向运动误差，第二和第三项表示垂直航向运动误差；基于窄波束和场景为平地的假设，运动误差的空变性可近似为仅随距离空变，式3近似为： 步骤2：利用斜距模式构建回波信号，对其进行相干检波与距离脉压处理，并变换至距离频域-方位时域；SAR系统发射线性调频信号，即有 其中，τ为快时间，fc为信号载频，Tp为发射信号脉宽，γ为调频率；经过相干检波，接收回波信号表示为： 其中，r和x分别为距离和方位坐标，c为光速，σr,x对应目标的复散射系数，gt表示天线方向图以及其他方位时变特征；通过傅立叶变换将上式变换到距离频率域表达为： 其中，stfr＝FT[stτ]，FT[·]表示傅里叶变换操作；步骤3：子孔径划分及走动校正处理；将距离脉压后的回波数据沿方位维将其分为N个子孔径，每个子孔径长度为M，其中子孔径间的重叠量为M2，利用惯导数据构建对应子孔径下的轨迹运动误差粗补偿相位Herr_com1fr,ta 其中，c为光速，fr表示距离频率，ta为方位时间，Rrefta表示对应方位时刻ta的瞬时斜距，且有 其中，v表示平台速度，H为工作高度，Rc表示场景中心斜距，xc与yc为根据载机运动方向建立笛卡尔坐标系下x轴与y轴的起始坐标，xerr、yerr与zerr分别为根据惯导数据解算得到的x向、y向与z向的运动误差；将构建的粗补偿相位Herr_com1fr,ta与信号相乘后，将信号变换回二维时域，通过对信号能量累加排序的方式筛选出强散射点样本，构建调频率项对其进行Dechirp处理后沿方位向傅里叶变换，搜索方位向上能量最强点，计算出其对应的多普勒频率fd，进而可以反算得到相应的走动角θrmc，即有θrmc＝asinfdλ2v10λ表示波长，利用走动角θrmc，即可构建线性走动补偿项HLrmcfr，ta 利用上式即可对脉压后的信号进行走动校正处理；步骤4：利用EPGA算法估计子孔径运动误差；在对子孔径数据完成走动补偿后，利用EPGA算法对子孔径数据进行运动误差估计，包括样本选择、循环移位、加窗滤波、相位梯度估计、迭代相位估计和相位补偿；步骤5：将子孔径误差拼接后获得全孔径误差，进而对数据进行补偿，消除运动误差的影响；假设采用EPGA自聚焦算法提取的每个子孔径回波数据的相位误差矢量为：ωn＝[ωn,1,ωn,2,…,ωn,m,…,ωn,M],n＝1,2,…,N；m＝1,2,…,M；其中，n表示第n个子孔径，m表示从某个子孔径中第m个脉冲回波数据提取出的相位误差；令ωn＝[ωn,1,ωn,2,…,ωn,M]、ωn+1＝[ωn+1,1,ωn+1,2,…,ωn+1,M]分别表示由第n个和第n+1个子孔径回波数据估计得到的相位误差矢量，其中ω′n＝[ωn,M2+1,…,ωn,M]、ω′n+1＝[ωn+1,1,…,ωn+1,M2]为两个子孔径间相位误差矢量的重叠部分，利用线性表达式：y＝kx+b，其中y＝ω′n-ω′n+1，x＝1,2,…,M2，通过线性拟合的方式得到拟合系数k和b；利用拟合到的线性拟合系数k和b，对第n+1个子孔径的相位误差矢量进行修正，使之与第n个子孔径的相位误差矢量保持线性连续，则修正后的第n+1个子孔径相位误差矢量为：其中n从1开始，并将修正后的第n+1个子孔径相位误差矢量与第n+2个子孔径相位误差矢量ωn+2重复之前的拟合步骤，直到N个子孔径相位误差矢量全部修正完毕；将第1个子孔径的相位误差矢量ω1与修正后N-1个子孔径相位误差矢量的后半段进行拼接，得到全孔径的相位误差矢量ω，其长度为M+N-1M2＝N+1M2，对相位误差矢量ω进行高通滤波，假设滤波器系数为γ，高通滤波后的高频相位误差矢量为其中表示卷积操作；利用全孔径相位误差矢量对回波数据进行相位补偿，即可实现运动误差的消除，最终获取聚焦良好的高分辨SAR图像。

全文数据：

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百度查询： 西安电子工程研究所 一种基于直升机平台的SAR振动误差估计及补偿方法

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