[发明专利]一种适用于超高分辨率SAR成像的自聚焦方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成孔径雷达(synthetic aperture radar，简称SAR)成像信号处理方法，特别是涉及一种合成孔径雷达自聚焦算法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)是通过信号处理技术对地面景物进行成像的一种新体制雷达。SAR对目标的成像通过距离和方位两维高分辨实现，其中距离向高分辨率通过对宽带信号进行脉冲压缩处理得到，而方位高分辨率则通过对合成孔径数据进行相干处理实现，这种相干处理依赖于精确获知雷达和目标之间的瞬时相对位置信息。实际应用中，受雷达位置扰动和电磁波传播介质不均匀等因素影响，这种相干性往往很难直接得到保证。目前采取的主要措施是增加辅助的运动测量单元(典型地如惯性测量单元和全球定位系统)来测量获取雷达位置信息，而忽略传播介质不均匀的影响。然而，随着成像分辨率的提高，运动测量单位提供的位置信息精度可能仍然无法满足相干性要求，而且，传播介质不均匀导致的雷达回波延迟误差效应也变得不可忽略，将逐渐成为未来超高分辨率SAR系统精确聚焦成像的重要限制因素。因此有必要研究从雷达回波数据中提取并补偿误差的办法，即自聚焦方法。

回波的延迟误差对SAR成像有两个方面的影响：一是会产生额外的距离徙动，在SAR成像过程中无法得到补偿，二是会在方位向引入一个相位误差，导致图像方位散焦。当延迟误差较小，产生的额外距离徙动小于一个距离分辨单元时，这种残留距离徙动效应完全可以忽略不计，此时自聚焦只需估计和补偿方位一维的相位误差，这也是目前几乎所有的自聚焦算法(典型算法如子孔径算法MD、相位差分算法PD、相位梯度自聚焦算法PGA、特征值方法以及基于图像准则的算法等)假设的前提，如文献1(Mancill，C.E.，and J.M.Swiger.A Map DriftAutofocus Technique for Correcting High Order SAR Phase Errors.27^th Annual Tri-Service Radar Symposium.Record，Monterey，CA，1981，pp.391-400.)、文献2(G.N.Yoji.Phase Difference Auto Focusing for SyntheticAperture Radar Imaging.United States Patent No.4999635，1991.)、文献3(Wahl，D.E.，P.H.Eichel，D.C.Ghiglia，and C.V.Jakowatz，Jr.Phase Gradient Autofocus-A Robust Tool for High Resolution SAR PhaseCorrection.IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems，30(3)，1994，pp.827-834.)和文献4(C.V.Jakowatz，Jr.，D.E.Wahl.Eigenvector Method for Maximum-likelihood Estimation of Phase Errors in SyntheticAperture Radar Imagery.J.Opt.Soc.Am.A.，10(12)，1993，pp.2539-2546.)中所公开的技术。然而，随着误差的增加，尤其是成像分辨率特别高时，残留距离徙动跨距离单元将变得不可避免，因此，在此条件下有效的自聚焦算法必须要考虑残留距离徙动和方位相位误差的同时补偿。文献5(D.W.Warner，D.C.Ghiglia，A.FitzGerrel，J.Beaver.Two-dimensional Phase Gradient Autofocus.Proceedings of SPIE，Vol.4123，2000，pp.162-173.)中公开了将传统的一维相位梯度自聚焦算法(PGA)扩展到两维，提出了两维相位梯度自聚焦算法(2-D PGA)来试图解决这一问题，但正如文章作者在结论中所说，该方法要像一维PGA一样达到实用，仍然存在不少的问题需要解决。

目前，现有技术中还没有成熟的技术能够解决残留距离徙动和方位相位误差的同时校正问题。

发明内容

本发明的目的在于解决超高分辨率SAR成像中残留距离徙动和方位相位误差的同时校正问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种适用于超高分辨率SAR成像的自聚焦方法，包括如下步骤：

(1)对两维回波数据进行极坐标格式转换；