一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法，所述方法包括：對(duì)掃描合成孔徑雷達(dá)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分；分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)；將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差；對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。本發(fā)明同時(shí)還公開(kāi)了一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦裝置。
【專利說(shuō)明】一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)（SAR，Synthetic Aperture Radar)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng) 域，尤其涉及一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)（ScanSAR，Scanning Synthetic Aperture Radar)自聚焦處理方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] ScanSAR是一種由多個(gè)子測(cè)繪帶構(gòu)成的寬測(cè)繪帶的SAR模式，其原理是以兩個(gè)或 兩個(gè)以上子測(cè)繪帶之間的時(shí)間共享來(lái)獲得超寬測(cè)繪帶覆蓋的。ScanSAR成像時(shí)，其總的測(cè)繪 帶寬度等于各子測(cè)繪帶寬度之和。對(duì)于每個(gè)子測(cè)繪帶，通常的雷達(dá)工作模式為突發(fā)（burst) 方式；所謂的burst，是指來(lái)自連續(xù)發(fā)射脈沖的一組連續(xù)的脈沖序列。ScanSAR圖像的方 位向分辨率只決定于每個(gè)burst的持續(xù)長(zhǎng)度，并且每個(gè)完整的合成孔徑長(zhǎng)度包含了若干個(gè) burst。對(duì)于ScanSAR數(shù)據(jù)處理，需要對(duì)各子測(cè)繪帶分別進(jìn)行處理，然后將獲得的處理結(jié)果 拼接在一起獲得完整的寬測(cè)繪帶ScanSAR處理結(jié)果。
[0003] 對(duì)于子測(cè)繪帶數(shù)據(jù)處理，常規(guī)的算法是將每個(gè)Burst數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)處理，然后再 拼接得到連續(xù)的子測(cè)繪帶圖像。但是，這一數(shù)據(jù)處理方法中仍然存在著不可避免的相位誤 差，相位誤差主要是由合成孔徑中每個(gè)burst存在無(wú)法補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動(dòng)或者未知的傳播效應(yīng)造 成的，以致降低了獲得的圖像的質(zhì)量。
[0004] 由于目前ScanSAR主要應(yīng)用于低分辨率的星載SAR系統(tǒng)，因此，對(duì)于圖像質(zhì)量問(wèn) 題關(guān)注不多。然而，對(duì)于一些先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)機(jī)載SAR系統(tǒng)已經(jīng)裝備了高分辨率的ScanSAR模 式，其主要目的是為了未來(lái)的高分辨率星載SAR系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，圖像聚焦質(zhì)量也備受 關(guān)注。因此，對(duì)于高分辨率ScanSAR圖像，利用自聚焦技術(shù)去除大部分的相位誤差以獲得聚 焦SAR圖像是必要的。
[0005] 在現(xiàn)有的SAR自聚焦技術(shù)中，相位梯度自聚焦（PGA, Phase gradient autofocus) 算法是應(yīng)用最為廣泛的、適用于許多種場(chǎng)景的自聚焦技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的PGA是針對(duì)于聚束SAR 模式設(shè)計(jì)的，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)PGA的基礎(chǔ)上進(jìn)行些許改進(jìn)，已成功地應(yīng)用于條帶SAR模式的自聚 焦處理。但對(duì)于ScanSAR模式，由于數(shù)據(jù)形式不同于聚束SAR模式和條帶SAR模式，以致于 無(wú)法直接使用現(xiàn)有的PGA算法實(shí)現(xiàn)圖像的聚焦。
[0006] 綜上所述，如何實(shí)現(xiàn)在ScanSAR模式下的自聚焦技術(shù)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例期望提供一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方 法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在ScanSAR模式下進(jìn)行全孔徑處理的自聚焦技術(shù)，提高圖像質(zhì)量。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法，所述方法 包括：
[0010] 對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分； toon] 分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)；
[0012] 將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤 差；
[0013] 對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。
[0014] 上述方案中，所述ScanSAR數(shù)據(jù)為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數(shù)據(jù)。
[0015] 上述方案中，所述對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分包括：
[0016] 按照相鄰子孔徑間存在一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR 數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分。
[0017] 上述方案中，所述分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)包括：
[0018] 分別去除每個(gè)子孔徑中的空白數(shù)據(jù)部分，提取出每個(gè)子孔徑中的burst數(shù)據(jù)進(jìn)行 拼接；
[0019] 對(duì)拼接后的數(shù)據(jù)利用PGA的處理方法進(jìn)行子孔徑相位梯度估計(jì)；
[0020] 對(duì)獲得的子孔徑相位梯度進(jìn)行補(bǔ)零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的 相位誤差。
[0021] 上述方案中，所述將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè) 繪帶全孔徑相位誤差包括：
[0022] 利用同一測(cè)繪帶的子孔徑重疊特性實(shí)現(xiàn)子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測(cè)繪帶全 孔徑相位誤差。
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦裝置，所述裝置包 括子孔徑劃分模塊、相位誤差估計(jì)模塊、相位誤差拼接模塊、誤差校正壓縮模塊，其中，
[0024] 所述子孔徑劃分模塊，用于對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分；
[0025] 所述相位誤差估計(jì)模塊，用于分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)；
[0026] 所述相位誤差拼接模塊，用于將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼 接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差；
[0027] 所述誤差校正壓縮模塊，用于對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤 差校正和方位向壓縮。
[0028] 上述方案中，所述子孔徑劃分模塊對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃 分包括：
[0029] 所述子孔徑劃分模塊按照相鄰子孔徑間存在一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式對(duì)每 個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分。
[0030] 上述方案中，所述相位誤差拼接模塊分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)包括：
[0031] 所述相位誤差拼接模塊分別去除每個(gè)子孔徑中的空白數(shù)據(jù)部分，提取出每個(gè)子孔 徑中的burst數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接；
[0032] 對(duì)拼接后的數(shù)據(jù)利用PGA的處理方法進(jìn)行子孔徑相位梯度估計(jì)；
[0033] 對(duì)獲得的子孔徑相位梯度進(jìn)行補(bǔ)零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的 相位誤差。
[0034] 上述方案中，所述相位誤差拼接模塊將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤 差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差包括：
[0035] 所述相位誤差拼接模塊利用同一測(cè)繪帶的子孔徑重疊特性實(shí)現(xiàn)子孔徑相位誤差 的拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差。
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法和裝置，對(duì)每 個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分；分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)，獲得 每個(gè)子孔徑的相位誤差；將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪 帶全孔徑相位誤差；根據(jù)獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn) 行全孔徑相位誤差校正并進(jìn)行方位向壓縮。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)在ScanSAR模式下進(jìn)行全孔徑 處理的自聚焦技術(shù)，提高圖像質(zhì)量；并且，能對(duì)ScanSAR全孔徑處理的PGA算法的相關(guān)處理 算法的性能進(jìn)行驗(yàn)證。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法流程示意圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例ScanSAR與條帶SAR模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異示意圖；
[0039] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例子孔徑劃分方法示意圖；
[0040] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例ScanSAR數(shù)據(jù)的子孔徑相位誤差估計(jì)流程圖；
[0041] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例burst拼接方法示意圖；
[0042] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)測(cè)ScanSAR數(shù)據(jù)處理獲得的結(jié)果圖；
[0043] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)A、B、C區(qū)域進(jìn)行放大后的結(jié)果圖；
[0044] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例圖7-C1、7-C2中圓圈點(diǎn)目標(biāo)的剖面圖；
[0045] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí) 施方式
[0046] 基于上述的單個(gè)Burst處理算法，還有一種常用的全孔徑處理算法，該算法雖然 效率不高，但是該方法保護(hù)了數(shù)據(jù)的相位信息，同時(shí)可以產(chǎn)生與條帶SAR圖像相同的幾何 特性和頻譜特性?；诖藘?yōu)點(diǎn)，采用全孔徑處理方法處理往往比burst處理更方便。
[0047] 本發(fā)明實(shí)施例中，采用全孔徑處理的自聚焦技術(shù)對(duì)ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，先對(duì) 每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分；分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)， 獲得每個(gè)子孔徑的相位誤差；再將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲 得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差；最后根據(jù)獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的 ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤差校正并進(jìn)行方位向壓縮。
[0048] 實(shí)際應(yīng)用中，完整的ScanSAR圖像中包括多個(gè)子測(cè)繪帶，上述過(guò)程是針對(duì)一個(gè)子 測(cè)繪帶的處理，對(duì)于每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)，需分別按上述過(guò)程進(jìn)行處理，以完成對(duì) 完整的ScanSAR圖像的數(shù)據(jù)的全孔徑處理。
[0049] 其中，所述ScanSAR數(shù)據(jù)為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數(shù)據(jù)。
[0050] 所述對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分包括：按照相鄰子孔徑間存 在一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式，對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分。
[0051] 所述分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)包括：分別去除每個(gè)子孔徑中的空白數(shù) 據(jù)部分，提取出每個(gè)子孔徑中的burst數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接；對(duì)拼接后的數(shù)據(jù)利用PGA的處理方法 進(jìn)行子孔徑相位梯度估計(jì)；對(duì)獲得的子孔徑相位梯度進(jìn)行補(bǔ)零和積分處理，獲得與原子孔 徑相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的相位誤差。
[0052] 所述將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相 位誤差包括：利用同一測(cè)繪帶的子孔徑重疊特性實(shí)現(xiàn)子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測(cè)繪 帶全孔徑相位誤差。
[0053] 這里，所述拼接為將計(jì)算出的每個(gè)子孔徑的相位誤差組合為子測(cè)繪帶的全孔徑相 位誤差；由于子孔徑之間的重疊的部分有著相同的相位誤差，因此可以根據(jù)子孔徑的重疊 特性實(shí)現(xiàn)相位誤差的拼接。
[0054] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)作進(jìn)一步的詳細(xì)描 述。
[0055] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法流程示意圖，如 圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法包括以下步驟：
[0056] 步驟101 :對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分；
[0057] 其中，所述ScanSAR數(shù)據(jù)為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數(shù)據(jù)。
[0058] 所述每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分包括：按照相鄰子孔徑間存在 一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分。
[0059] 具體的，ScanSAR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同于其他模式的SAR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圖2為本發(fā)明實(shí)施例 ScanSAR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與條帶SAR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異示意圖，其中，ScanSAR數(shù)據(jù)中存在周期性的空 白數(shù)據(jù)。本發(fā)明實(shí)施例中采用全孔徑處理方法對(duì)ScanSAR數(shù)據(jù)burst數(shù)據(jù)間的空白數(shù)據(jù)進(jìn) 行補(bǔ)零處理，如圖2所示，構(gòu)成條帶SAR數(shù)據(jù)。位于t =、處的點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)可以表示 為：
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦處理方法，其特征在于，所述方法包括： 對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分； 分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)； 將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差； 對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述ScanSAR數(shù)據(jù)為距離向壓縮而方位向未 壓縮的ScanSAR數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子 孔徑劃分包括： 按照相鄰子孔徑間存在一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù) 進(jìn)行子孔徑劃分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì) 包括： 分別去除每個(gè)子孔徑中的空白數(shù)據(jù)部分，提取出每個(gè)子孔徑中的burst數(shù)據(jù)進(jìn)行拼 接； 對(duì)拼接后的數(shù)據(jù)利用PGA的處理方法進(jìn)行子孔徑相位梯度估計(jì)； 對(duì)獲得的子孔徑相位梯度進(jìn)行補(bǔ)零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的相位 誤差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行 相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差包括： 利用同一測(cè)繪帶的子孔徑重疊特性實(shí)現(xiàn)子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑 相位誤差。
6. -種高分辨率掃描合成孔徑雷達(dá)自聚焦裝置，其特征在于，所述裝置包括子孔徑劃 分模塊、相位誤差估計(jì)模塊、相位誤差拼接模塊、誤差校正壓縮模塊，其中， 所述子孔徑劃分模塊，用于對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分； 所述相位誤差估計(jì)模塊，用于分別對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行相位誤差估計(jì)； 所述相位誤差拼接模塊，用于將獲得的每個(gè)子孔徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲 得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差； 所述誤差校正壓縮模塊，用于對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行全孔徑相位誤差校 正和方位向壓縮。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述子孔徑劃分模塊對(duì)每個(gè)子測(cè)繪帶的 ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分包括： 所述子孔徑劃分模塊按照相鄰子孔徑間存在一個(gè)burst的數(shù)據(jù)重疊的方式對(duì)每個(gè)子 測(cè)繪帶的ScanSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行子孔徑劃分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述相位誤差拼接模塊分別對(duì)每個(gè)子孔徑 進(jìn)行相位誤差估計(jì)包括： 所述相位誤差拼接模塊分別去除每個(gè)子孔徑中的空白數(shù)據(jù)部分，提取出每個(gè)子孔徑中 的burst數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接； 對(duì)拼接后的數(shù)據(jù)利用PGA的處理方法進(jìn)行子孔徑相位梯度估計(jì)； 對(duì)獲得的子孔徑相位梯度進(jìn)行補(bǔ)零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的相位 誤差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述相位誤差拼接模塊將獲得的每個(gè)子孔 徑的相位誤差進(jìn)行相位誤差拼接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差包括： 所述相位誤差拼接模塊利用同一測(cè)繪帶的子孔徑重疊特性實(shí)現(xiàn)子孔徑相位誤差的拼 接，獲得子測(cè)繪帶全孔徑相位誤差。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK104049254SQ201410271270
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】李寧, 王宇, 鄧云凱, 張志敏, 龔小冬, 劉亞波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所