[发明专利]一种MIMO-SAR三维成像自聚焦方法

说明书

本发明公开了一种基于运动参数估计的MIMO‑SAR三维成像自聚焦方法。首先，基于粗成像结果选择特征区域，并对局部特征区域进行两维频谱分析。然后，通过对比度最优估计获得局部空不变两维斜距误差。最后，通过运动误差传递模型和最小二乘法求解MIMO‑SAR的平动和姿态误差，从而实现三维成像自聚焦。使用本发明能够在无高精度导航信息或在工作频段较高导致导航精度无法满足成像需求情况下，实现MIMO‑SAR自聚焦三维成像，获得良好聚焦的三维雷达图像。

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达技术领域，具体涉及一种无人平台线阵多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的三维成像自聚焦方法。

背景技术

无人平台MIMO-SAR是一种利用无人平台(如无人机、无人车)进行合成孔径三维成像的技术，可全天时、全天候对地观测，获取目标区域高分辨率三维雷达图像，广泛应用于地形勘探和战场侦察等领域。相比于单通道SAR二维成像技术，MIMO-SAR三维成像可实现三维图像获取，并可以对二维成像中的成像盲区(如下视、前视区域)进行成像。相比于多航过层析SAR三维成像技术，MIMO-SAR仅通过单个航过获取三维图像，具有较高的实时性。目前，对MIMO-SAR成像的自聚焦技术是该领域的研究热点之一。

由于体积小、重量轻，行进速度慢，受气流(无人机)、地面起伏(无人车)和自身简易动力结构影响，无人平台SAR运动轨迹复杂，明显偏离传统SAR中的匀速直线轨迹，且存在明显的姿态变化，导致严重的运动误差。此外，由于各通道天线口径小、天线波束宽，导致无人平台MIMO-SAR回波的运动误差呈现严重的三维空变特性。而运动误差导致三维图像严重散焦。因此，对MIMO-SAR轨迹和姿态的精确测量是必要的。然而，当雷达工作于高频频段时，惯性导航系统(INS)精度无法达到成像精度要求，导致成像结果散焦，并且，对于小型无人平台，由于载荷体积、载重严约束，往往无法装备高精度惯导。综上，亟需研究一种基于雷达回波的MIMO-SAR三维自聚焦方法，以实现散焦三维图像的自动聚焦。

传统的二维SAR自聚焦技术，假设场景中散射点均处于地平面，因此可以在仅具有两维分辨能力的前提下进行自聚焦(Lei,Ran,Zheng,et al.An Autofocus Algorithm forEstimating Residual Trajectory Deviations in Synthetic Aperture Radar[J].IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing,2017,55(6):3408-3425.)。然而，实际中，场景目标均为三维物体，具有明显的三维结构，二维SAR自聚焦无法感知第三维的空变运动误差，因此无法实现三维图像自聚焦。目前提出的一些三维自聚焦算法，均未考虑宽波束带来的三维空变运动误差(Fletcher I,Watts C,Miller E,et al.Minimum entropyautofocus for 3D SAR images from a UAV platform[C]//2016 IEEE RadarConference.IEEE,2016.)，无法适应LA-MIMO-SAR三维图像的自聚焦。

综上所述，目前没有一种行之有效的无人平台LA-MIMO-SAR三维自聚焦方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MIMO-SAR三维成像自聚焦方法，可以有效的实现无人平台MIMO-SAR三维自聚焦，获得高分辨率三维SAR图像。

本发明的MIMO-SAR三维成像自聚焦方法，包括如下步骤：

步骤1，对雷达回波进行距离压缩处理，然后采用三维后向投影算法对整个波束内的场景进行成像，获得粗聚焦的三维图像；按照信杂比大小，从粗聚焦的三维图像中选取若干个信杂比较大的局部区域作为特征区域；

步骤2，针对各特征区域，采用两维频谱分析算法进行方位维和阵列维的二维局部快速聚焦，获得局部三维图像；采用时域相关法分别估计各局部图像的中心位置坐标；