[发明专利]高分辨星载SAR成像误差估计与补偿方法

说明书

本发明提供一种高分辨星载SAR成像误差估计与补偿方法，针对扰动对流层延迟误差。技术方案是：首先，对得到的高分辨星载SAR图像进行方位向解压缩处理得到方位向解压缩数据；进行去斜处理，得到去斜后的方位向解压缩数据；沿距离向划分成子带，再沿方位向划分成子块；利用MDA算法估计每个子块中扰动对流层延迟误差引入的方位向调频斜率误差，然后，估计扰动对流层延迟误差：最后，利用扰动对流层延迟误差，对方位向解压缩数据做扰动对流层延迟误差补偿处理；然后，对上述结果做方位向重聚焦处理，得到精确聚焦的高分辨星载SAR图像。本发明在高分辨星载SAR图像质量提升、随机误差估计与补偿中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于航天与微波遥感结合的交叉技术领域，特别涉及高分辨星载SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)成像中扰动对流层延迟误差的估计与补偿方法。

背景技术

星载SAR系统是一种主动式雷达探测成像系统，可全天候、全天时的对地面目标进行观测成像，被广泛应用于陆地测绘、海洋测绘、自然灾害检测、农业观测、全球碳、水循环观测、军事侦察等方面，为遥感领域的重要传感器之一^[1]。

然而，随着高分辨星载SAR系统的提出与发展，成像过程中对流层传播所引入的扰动延迟误差影响越来越突出。上述扰动对流层延迟误差通常是指由于对流层中空气、水汽的密度随时间与空间的不规则变化，所引入的电磁波传播时延的变化^[2]。扰动对流层延迟误差的影响主要有：一方面，高分辨星载SAR系统具有大的合成孔径，扰动对流层延迟误差沿方位向的分布变化及观测角度的变化会导致方位向匹配滤波器的失配；另一方面，在高分辨星载SAR系统的测绘带内，扰动对流层延迟误差沿距离向的分布变化会导致回波数据相位的距离向空变。基于以上因素，扰动对流层延迟误差通常视为二维误差，会导致高分辨星载SAR系统的成像结果存在沿距离向和方位向不同程度的散焦，从而影响高分辨星载SAR图像的可读性及后续应用。

为解决高分辨星载SAR图像的散焦问题，相关学者已经提出了多种误差估计与补偿方法。MDA(Map Drift Algorithm)算法^[3]与PGA(Phase Gradient Algorithm)算法^[4]可用于估计与补偿由于运动误差、时钟误差等引入的一维方位向相位误差，PGA算法适用于人造场景，而MDA算法同时适用于人造和自然场景，但估计精度低于PGA算法；PCA(phasecurvature autofocus)算法^[5]可用于估计与补偿方位向相位误差及随距离向缓慢变化的残余误差。而扰动对流层延迟误差具有沿方位-距离二维快变特性，上述方法都不具有估计与补偿扰动对流层延迟误差的能力。因此，有必要针对高分辨星载SAR系统，研究二维空变误差相位的估计与补偿处理方法。

发明内容

本发明的目的是：提出一种高分辨星载SAR成像误差估计与补偿方法，针对扰动对流层延迟误差，解决引入的空变散焦问题。与现有方法相比，本发明能够有效地实现二维空变相位误差的估计与补偿。

本发明的技术方案是：一种高分辨星载SAR成像误差估计与补偿方法，针对扰动对流层延迟误差，其特征在于：

首先，对得到的高分辨星载SAR图像进行方位向解压缩处理得到方位向解压缩数据；再进行去斜处理，得到去斜后的方位向解压缩数据；再沿距离向划分成子带，沿方位向划分成子块；利用MDA算法估计每个子块中扰动对流层延迟误差引入的方位向调频斜率误差。

然后，利用下述方法估计扰动对流层延迟误差：

针对同一子带下的各子块，根据子块位置与估计所得方位向调频斜率误差，做方位向拼接处理，得到扰动对流层延迟误差随各子块中心对应的方位向时间变化的二阶导数；对上述二阶导数做方位向插值处理，得到插值后二阶导数；对插值后二阶导数做方位向积分处理，得到一维扰动对流层延迟误差的估计结果；