[发明专利]基于图像域的低频超宽带SAR自聚焦方法

摘要

本发明提供一种基于图像域的低频超宽带SAR自聚焦方法。技术方案是：首先，对低频超宽带SAR图像沿方位向和距离向划分为若干个子图像；然后，采用基于三步选点的相位误差估计与补偿方法对每个子图像进行处理，得到高质量的聚焦子图像；最后，采用基于参考点对齐的拼接方法对所有聚焦子图像进行拼接，得到低频超宽带SAR自聚焦图像。本发明能够有效提高低频超宽带SAR的图像质量。

主权项

一种基于图像域的低频超宽带SAR自聚焦方法，SAR是指合成孔径雷达，已知低频超宽带SAR的波长为λ，天线波束宽度为θ_a，方位分辨率为ρ_a，距离分辨率为ρ_r，天线相位中心到测绘带中心的距离为R_c，其特征在于，还包括下述步骤：第一步，子图像划分：将低频超宽带SAR图像沿方位向和距离向划分为若干个子图像A_k，k＝1,2,…,M；任意子图像的方位宽度D_a和距离宽度D_r满足下式：$\left\{\begin{array}{c}{D}_a\≤2R_c[\tan ({\mathrm{\θ}}_a/2)-\tan \left(\arcsin (\mathrm{\λ}/4{\mathrm{\ρ}}_a)\right)]\\ D_r\≤512{\mathrm{\ρ}}_r\end{array}\right.$子图像之间方位重叠宽度L_a满足下式：L_a≥16ρ_a第二步，基于三步选点的子图像相位误差估计与补偿：对任意一幅子图像进行下述步骤：①对子图像的距离单元进行第一次选择：首先利用下式计算子图像距离单元的对比度：$B_i=\frac{\sqrt{E[S_i^2\left(j\right)-E[S_i^2\left(j\right)\left]\right]}}{E\left[S_i^2\left(j\right)\right]}$其中，B_i表示子图像第i个距离单元的对比度，表示子图像第i个距离单元中第j个像素点的强度，E[·]为均值操作符；再计算子图像的平均对比度：$\stackrel{\‾}{B}=E\left(B_i\right)$然后选择对比度大于平均对比度的子图像距离单元，作为步骤①所选择的子图像距离单元；②对子图像的距离单元进行第二次选择：首先对步骤①所选择的子图像距离单元进行圆位移和加窗处理，然后利用下式计算子图像距离单元中心位置强散射点的质量参数：$H_m=\frac{1}{D_s}\underset{j=1}{\overset{D_s}{\mathrm{\Σ}}}{S}_m^2(\frac{D-D_s}{2}+j)/\frac{1}{D-D_s}\left(\underset{j=1}{\overset{(D-D_s)/2}{\mathrm{\Σ}}}\right[S_m^2\left(j\right)+S_m^2(D-j+1)\left]\right)$其中，H_m表示第m个距离单元中心位置强散射点的质量参数，D≤128ρ_a，D表示窗函数的宽度，D_s≤10ρ_a，D_s表示强散射点能量保护单元的宽度，上述两个参数在限定的范围内根据实际情况确定；再计算子图像的平均质量参数：$\stackrel{\‾}{H}=E\left(H_m\right)$最后选择质量参数大于平均质量参数的子图像距离单元，作为步骤②所选择的子图像距离单元；③剔除包含边缘强散射点的子图像距离单元：首先在步骤②所选择的子图像距离单元中寻找能量被子图像划分截断的强散射点，然后剔除包含这些强散射点的子图像距离单元，未剔除的子图像距离单元作为步骤③所选择的子图像距离单元；④子图像相位误差估计；首先对步骤③所选择的子图像距离单元进行方位向逆傅立叶变换，得到距离压缩域的第n个子图像距离单元第j个像素的值F_n(j)，然后利用下式估计相位误差Θ_ε(j)：${\mathrm{\Θ}}_{\mathrm{\ϵ}}\left(j\right)=\underset{p=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{Im}\{F_n^{*}\left(j\right)\·{\stackrel{.}{F}}_n\left(j\right)\}/{\mathrm{\Σ}}_n{\left|F_n\left(j\right)\right|}^2$其中，为F_n(j)的导数，为F_n(j)的共轭，Im{·}为求虚部运算；⑤子图像相位误差补偿和迭代；首先去掉步骤④中相位误差Θ_ε(j)的固定项和线性项，得到最终的相位误差；然后利用最终的相位误差在距离压缩域进行子图像的相位误差补偿，最后进行方位向傅立叶变换，获得聚焦子图像；第三步，基于参考点对齐的子图像拼接：具体实现步骤为：步骤㈠：在原始子图像A_k中选择能量较大的若干条距离单元，距离单元的数目在10至20条之间，对选择的每一个距离单元根据窗函数的宽度D剔除窗函数以外的数据；步骤㈡：在每幅聚焦子图像中选择与步骤㈠对应的子图像距离单元，并与步骤㈠选择的子图像距离单元进行相关处理，得到每条子图像距离单元的方位偏移量，然后将各条子图像距离单元方位偏移量的均值作为聚焦子图像的方位偏移量；步骤㈢：根据每幅聚焦子图像的方位偏移量对聚焦子图像进行拼接，获得低频超宽带SAR自聚焦图像。