一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，該方法的步驟包括：步驟S1：從原始回波數(shù)據(jù)中提取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像；步驟S2：通過選取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像中的特顯點(diǎn)，估計(jì)特顯點(diǎn)的高度，對特顯點(diǎn)重新成像，并對特顯點(diǎn)圖像加窗，獲得圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像；步驟S3：將圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像生成回波數(shù)據(jù)，對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，得到圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑的相位誤差；步驟S4：將相位誤差補(bǔ)償至原始回波數(shù)據(jù)，得到相位補(bǔ)償后的信號，利用相位補(bǔ)償后的信號重新對場景進(jìn)行成像，從而提高圓跡合成孔徑雷達(dá)的成像質(zhì)量。
【專利說明】一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，用于提高圓跡合成孔徑雷達(dá)成像質(zhì)量，解決由于導(dǎo)航系統(tǒng)定位誤差引起的圖像散焦問題。
【背景技術(shù)】
[0002]從20世紀(jì)90年代開始圓跡合成孔徑雷達(dá)這種合成孔徑雷達(dá)工作模式的提出，其在合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域就引起了人們廣泛的興趣，和直線合成孔徑雷達(dá)不同，其通過控制合成孔徑雷達(dá)航跡在空中為一個(gè)圓形，并控制波束使波束中心始終指向同一場景中心，來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行360°全方位觀測。與傳統(tǒng)直線合成孔徑雷達(dá)相比，圓跡合成孔徑雷達(dá)對目標(biāo)的觀測具有更大的相干積累角，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的分辨率，對于相干累積角達(dá)360°的目標(biāo)可達(dá)到波長量級的平面分辨率；且不同于傳統(tǒng)直線合成孔徑雷達(dá)斜平面成像幾何，得益于圓跡合成孔徑雷達(dá)方位視角的變化，圓跡合成孔徑雷達(dá)能夠獲取目標(biāo)在高程向的散射特性，具有三維層析成像的能力；此外，圓跡合成孔徑雷達(dá)的全方位觀測能夠有效減小常規(guī)合成孔徑雷達(dá)固有的陰影現(xiàn)象，并且對于獲取目標(biāo)隨方位角變化的后向散射信息具有重要意義。
[0003]圓跡合成孔徑雷達(dá)能夠獲取目標(biāo)隨方位角變化的全部信息，在相干累積角內(nèi)目標(biāo)具有穩(wěn)定的方位散射特性，將這些角度內(nèi)的合成孔徑雷達(dá)信號相干疊加可達(dá)到目標(biāo)的最大分辨率，因此相比于直線合成孔徑雷達(dá)較小的累積角，相同的硬件條件下，圓跡合成孔徑雷達(dá)能夠得到更高的平面分辨率。相干累積角增大也會帶來問題，合成孔徑雷達(dá)信號的累積需要補(bǔ)償目標(biāo)到合成孔徑雷達(dá)雙程斜距引起的相位函數(shù)，只保留目標(biāo)本身的相位，累積角越大，對于相位誤差的控制精度要求越高，由于導(dǎo)航系統(tǒng)記錄的合成孔徑雷達(dá)平臺絕對位置精度有限，其定位誤差引起的相位誤差對圓跡合成孔徑雷達(dá)成像影響很大，因此對于一些高波段圓跡合成孔徑雷達(dá)，目前的導(dǎo)航系統(tǒng)精度不能滿足需求，導(dǎo)致成像質(zhì)量的下降甚至散焦，需要通過信號處理的手段來估計(jì)相位誤差并補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，能夠解決機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)因?qū)Ш较到y(tǒng)定位精度不夠引起圖像質(zhì)量下降的問題，利用特顯點(diǎn)圖像進(jìn)行回波生成，估計(jì)360°全孔徑內(nèi)的相位誤差并補(bǔ)償，提高圓跡合成孔徑雷達(dá)成像質(zhì)量。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法的步驟包括:
[0008]步驟S1:從原始回波數(shù)據(jù)中提取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像；[0009]步驟S2:通過選取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像中的特顯點(diǎn)，估計(jì)特顯點(diǎn)的高度，對特顯點(diǎn)重新成像，并對特顯點(diǎn)圖像加窗，提取特顯點(diǎn)平面位置，獲得圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像；
[0010]步驟S3:將圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像生成回波數(shù)據(jù)，對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，得到圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑的相位誤差；
[0011]步驟S4:將相位誤差補(bǔ)償至原始回波數(shù)據(jù)，得到相位補(bǔ)償后的信號，利用相位補(bǔ)償后的信號重新對場景進(jìn)行成像，從而提高圓跡合成孔徑雷達(dá)的成像質(zhì)量。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明的有益效果是:針對圓跡合成孔徑雷達(dá)由于導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度有限，導(dǎo)致成像質(zhì)量降低問題，提出了子孔徑分層粗成像提取特顯點(diǎn)，估計(jì)特顯點(diǎn)高度，利用特顯點(diǎn)圖像生成回波數(shù)據(jù)，并對回波數(shù)據(jù)估計(jì)相位誤差，最終補(bǔ)償相位誤差到原始回波的方法。利用多個(gè)特顯點(diǎn)之間方位角重疊的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對360°全孔徑的相位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，能夠有效顯著提高圓跡合成孔徑雷達(dá)成像質(zhì)量，為研究高分辨率圓跡合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)識別和目標(biāo)隨方位角變化的后向散射特性提供技術(shù)支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法的總流程圖
[0015]圖2是本發(fā)明的圓跡合成孔徑雷達(dá)特顯點(diǎn)選取、成像、位置提取的流程圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的圓跡合成孔徑雷達(dá)生成回波和估計(jì)相位誤差流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]圖1為本發(fā)明中一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法的總流程圖，如圖1所示，該方法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0019]步驟S1:將圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑平均劃分成N個(gè)子孔徑，子孔徑序號為n，I < η < N，其中10 < N < 100，對每個(gè)子孔徑進(jìn)行高度向分層成像，共得到NXM個(gè)子孔
徑分層粗圖像，N為平均劃分的子孔徑個(gè)，分層總數(shù)為M，
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法的步驟包括: 步驟S1:從原始回波數(shù)據(jù)中提取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像； 步驟S2:通過選取圓跡合成孔徑雷達(dá)子孔徑分層粗圖像中的特顯點(diǎn)，估計(jì)特顯點(diǎn)的高度，對特顯點(diǎn)重新成像，并對特顯點(diǎn)圖像加窗，提取特顯點(diǎn)平面位置，獲得圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像； 步驟S3:將圓跡合成孔徑雷達(dá)加窗后的特顯點(diǎn)圖像生成回波數(shù)據(jù)，對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，得到圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑的相位誤差； 步驟S4:將相位誤差補(bǔ)償至原始回波數(shù)據(jù)，得到相位補(bǔ)償后的信號，利用相位補(bǔ)償后的信號重新對場景進(jìn)行成像，從而提高圓跡合成孔徑雷達(dá)的成像質(zhì)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，將所述圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑平均劃分子孔徑，對每個(gè)子孔徑進(jìn)行高度向分層成像，共得到NXM個(gè)子孔徑分層粗圖像，N為平均劃分的子孔徑個(gè)數(shù)，M為分層總數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，原始回波函數(shù)表示為Stl(Q)，得到相位補(bǔ)償后的信號表示為Sb(0)，其中Θ為圓跡合成孔徑雷達(dá)的方位角，OS Θ <2Ji，b表示補(bǔ)償后的信號的下標(biāo)記。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，所述選取特顯點(diǎn)的步驟包括:特顯點(diǎn)需在子孔徑序號[\min，\max]、層數(shù)序號[Miimin, Mi ifflaJ的圖像內(nèi)均能被識別，其中子孔徑序號[\min，NiifflaJ應(yīng)滿足

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，所述特顯點(diǎn)是人造目標(biāo)或自然地物，人造目標(biāo)是角反射器或龍伯球，所述自然地物是具有散射強(qiáng)度的自然地物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償方法，其特征在于，所述估計(jì)特顯點(diǎn)的高度的步驟包括: 步驟S21:利用特顯點(diǎn)i在第η個(gè)子孔徑、第m層粗圖像中的位置(Xi (m，n)，yi (m，η))，估算特顯點(diǎn)高度所在層數(shù)Hicu表示如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載圓跡合成孔徑雷達(dá)高精度三維成像補(bǔ)償?shù)姆椒?，其特征在于，估?jì)圓跡合成孔徑雷達(dá)360°全孔徑的相位誤差，包括以下步驟: 步驟S31:對加窗后圖像A (Λ‘，>0在中心波數(shù)K處生成的回波信號Sri ( Θ )表示如下:
【文檔編號】G01S13/90GK103744081SQ201410040138
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】林赟, 郭振宇, 譚維賢, 王彥平, 洪文, 吳一戎 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所