[发明专利]基于先验相位结构信息的双基SAR两维自聚焦方法

说明书

本发明公开了一种基于先验相位结构信息的双基SAR(Synthetic Aperture Radar)两维自聚焦方法，利用对双基SAR极坐标格式算法(PFA)的一种新解释，详细分析了双基PFA算法对两维相位误差的作用机理，得到了残留两维相位误差的解析结构。基于这一先验相位结构信息，通过降维处理，提出了一种结合先验信息和完整回波数据的双基SAR两维自聚焦方法。本发明首先通过引入先验知识，将两维相位误差估计降维成一维方位相位误差估计。然后通过多子带数据平均方法估计出PFA图像中残留一维方位相位误差。最后运用调频变尺度原理将一维方位相位误差映射得到两维相位误差，进而完成对两维相位误差的补偿。该方法可以极大地减小算法运算量同时改善了参数估计精度。

技术领域

本发明涉及一种基于先验相位结构信息的双基SAR两维自聚焦算法，属于雷达成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是利用小孔径雷达运动，并对雷达在不同位置的回波进行相干处理，从而生成高分辨率场景图像的一种高分辨率雷达系统。通常传统SAR指的是单基地合成孔径SAR，即雷达发射天线和接收天线位于同一平台上。但近年来，随着技术的成熟，双基地合成孔径雷达(Bistatic SAR)已成为研究的热点。相比于单基SAR，双基SAR由于收发分离的特点，具有配置灵活，获取信息丰富，隐蔽性高，抗干扰性强等优势。然而，双基SAR复杂的成像几何特性以及运动平台的增加也对其成像信号处理提出了更高的要求。在实际应用中，运动测量单元提供的位置信息精度往往无法满足精确聚焦成像需求，同时信号在不均匀介质中传播所产生的回波延迟误差也往往不能被忽略。因此，对雷达回波数据进行误差估计并补偿(即自聚焦处理)是平台机动条件下双基地SAR精确聚焦成像的重要保障。

由于测量或者传播介质扰动的影响，回波中会产生方位相位误差(Azimuth PhaseError,APE)和残留距离徙动(Range Cell Migration,RCM)。其中APE导致图像方位向散焦，残留的RCM引起方位和距离向的二维散焦。在雷达回波相位历史域中，APE是残留RCM与常数因子4π/λ的乘积(λ为波长)，它们之间是一种简单的线性关系。但经过成像处理后，该线性关系却不再成立，而且距离频域还会产生高阶相位误差导致距离方向上的再次散焦。在双基SAR系统中，当距离误差相对较小时，比如距离误差小于一个距离分辨率单元，可以直接忽略残留RCM的影响，仅需补偿APE。在这种情况下，可用传统的自聚焦方法如一维相位梯度自聚焦算法(Phase Gradient Autofocus,PGA)来估计和补偿方位一维相位误差。但随着对双基SAR分辨率要求的提高以及误差的增加，残留RCM跨距离单元将成为无法避免的问题，因此，两维相位误差的估计和补偿(即两维自聚焦)在双基SAR成像中将成为不可忽视的问题。

当前，研究人员针对单基SAR自聚焦问题已提出了基于先验知识的单基SAR两维自聚焦算法，该算法很好地利用了两维相位误差内部所特有的结构信息，将一维相位误差映射到两维相位误差，从而实现精确的两维自聚焦。这种算法不仅降低了计算复杂度，而且克服了传统单基两维自聚焦算法由于缺乏冗余度无法精确估计两维相位误差的问题。然而，双基自聚焦算法的研究却不是很成熟。目前已有的方法主要可以分为两种类型：一种是在传统单基SAR自聚焦算法的基础上进行适应性的改进，从而将其应用在双基SAR上进行相位误差的估计和补偿。另一种类型是提出新的适用于双基自聚焦的算法。现有的这些方法，要么仅考虑了一维方位相位误差的估计和补偿，在超高分辨率或者低运动传感器精度条件下很难满足精确聚焦要求；要么虽然考虑了两维相位误差，但在距离向和方位向上的估计是独立进行的，没有充分利用两维相位误差存在的内在结构，存在计算量大和估计精度不够问题，因此这些方法在实际应用中都还存在一定的限制。

发明内容