一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于合成孔徑雷達圖像方位聚焦【技術領域】，特別涉及一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法。本發(fā)明包括以下步驟：步驟1，獲取成像處理后的SAR圖像；步驟2，將SAR圖像劃分為多個相同尺寸的圖像塊；當i＝1時，執(zhí)行步驟3；步驟3，設定迭代參數(shù)當j＝1時，執(zhí)行步驟4；步驟4，得出給予的像素點對應的目標點的高程，給予的像素點為N個圖像塊的第i個圖像塊的第j個像素點；計算給予的像素點對應的雷達等效速度；構(gòu)造給予的像素點對應的二次相位誤差補償函數(shù)；對N個圖像塊的第i個圖像塊的給予的像素點進行相位補償；判斷所有圖像塊的所有像素點的相位補償過程是否完成，如果完成，則將經(jīng)相位補償后的所有圖像塊合并成經(jīng)方位向二次聚焦后的SAR圖像。
【專利說明】-種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于合成孔徑雷達圖像方位聚焦【技術領域】，特別涉及一種合成孔徑雷達圖 像方位二次聚焦方法。本發(fā)明首先建立雷達等效速度、目標方位、距離W及高程位置之間的 多項式模型，然后利用該多項式模型及目標定位結(jié)果快速計算雷達等效速度，并W此構(gòu)造 多普勒域等效速度空變誤差補償函數(shù)，對傳統(tǒng)SAR成像結(jié)果進行方位二次聚焦。

【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天時全天候高分辨率對 地觀測能力在軍事及民用領域得到了廣泛的應用，如戰(zhàn)場偵查、海洋監(jiān)測、農(nóng)業(yè)普查及地形 測繪等。
[0003] 傳統(tǒng)SAR成像處理算法主要有時域后向投影炬ack-Projection，BP)、距離多普 勒（Range-Doppler,畑）、線性變標煙Ii巧Scaling, C巧及上述各算法的改進算法等。BP 算法可視為數(shù)字波束形成值igital Beam化rming，DB巧技術的直接應用，但運算效率 較差。后面幾種處理算法均可視為BP算法在一定假設條件（如雷達等效速度沿距離向 為多項式模型等）下的快速實現(xiàn)算法。對于高分辨率SAR成像處理，CS算法得到了廣泛 的應用，如TanDEM-X TMSP采用ECS巧Xtended C巧處理算法，現(xiàn)有的干涉合成孔徑雷達 (Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)的配準處理主要 W-幅圖像為參 考圖像，其余圖像都與參考圖像進行配準，并將配準結(jié)果應用到各個圖像中。
[0004] 隨著SAR圖像分辨率的提高（特別是分米量級分辨率），傳統(tǒng)成像處理通常 采用的走-停模型、軌道雙曲線模型及大氣延遲非空變等假設均將不再適用。劉燕 等人在文章"Echo model analyses and imaging algorithm for high-resolution SAR on high-speed platform" (IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2012, 50 (3) : 933-950)研究了雷達發(fā)射及接收期間的運動對成像處理的影響， 并給出了 一種補償算法。何峰等人在文章"Processing of Ultr址i曲-Resolution spaceborne sliding spotlight SAR data on curved orbit" (IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2013, 49(2):819-839)中分析了軌道商次模型對成 像的影響，并給出了一種基于高次模型的成像處理算法。需要指出的是，星載雷達等效速度 隨方位時間、雷達斜距及地面高程是空變的。而頻域成像算法沿方位向無法根據(jù)目標位置 調(diào)整多普勒調(diào)頻率（即雷達等效速度），該將導致生成的SAR圖像出現(xiàn)空變的散焦效應。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)SAR成像處理算法未能考慮地面高程對等效速度的影響，而引起 高分辨率SAR圖像部分區(qū)域散焦的問題，提出一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法。 本發(fā)明首先建立雷達等效速度、目標方位、距離W及高程位置之間的多項式模型，然后利用 該多項式模型及目標定位結(jié)果快速計算雷達等效速度，并W此構(gòu)造多普勒域等效速度空變 誤差補償函數(shù)，對傳統(tǒng)SAR成像結(jié)果進行方位二次聚焦。
[0006] 為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予W實現(xiàn)。
[0007] -種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法包括W下步驟：
[0008] 步驟1，獲取合成孔徑雷達回波數(shù)據(jù)，針對合成孔徑雷達回波數(shù)據(jù)進行SAR成像處 理，得出SAR圖像，獲取能夠覆蓋成像區(qū)域的先驗數(shù)字高程模型；
[0009] 步驟2,將SAR圖像劃分為N個相同尺寸的圖像塊，每個圖像塊的像素點數(shù)為M，N 為大于1的自然數(shù)，M為大于1的自然數(shù)；設定迭代參數(shù)i = 1，2,...，當i = 1時，執(zhí)行步 驟3 ;
[0010] 步驟3,設定迭代參數(shù)j = 1，2,...，當j = 1時，執(zhí)行步驟4 ;
[0011] 步驟4,針對給予的像素點進行SAR圖像目標定位，得出給予的像素點對應的目標 點的高程，所述給予的像素點為所述N個圖像塊的第i個圖像塊的第j個像素點；
[0012] 步驟5,利用給予的像素點對應的目標點的高程，計算給予的像素點對應的雷達等 效速度；
[0013] 步驟6,利用給予的像素點對應的雷達等效速度，構(gòu)造給予的像素點對應的二次相 位誤差補償函數(shù)；
[0014] 步驟7,將所述N個圖像塊的第i個圖像塊作方位向傅里葉變換，得出所述N個圖 像塊的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號；利用步驟6中給予的像素點對應的二次相 位誤差補償函數(shù)對N個圖像塊的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號進行相位補償，得 出經(jīng)相位補償后的信號；將經(jīng)相位補償后的信號進行方位向逆傅里葉變換，得出經(jīng)相位補 償處理后的第i個圖像塊；將N個圖像塊的第i個圖像塊設為經(jīng)相位補償處理后的第i個 圖像塊；
[0015] 步驟8,判斷i是否等于N，如果i聲N，則判斷j是否等于M，如果j =M,則令i的 值自增1，然后返回至步驟3,如果j聲M，則令j的值自增1，然后返回至步驟4;如果i = N，則判斷j是否等于M，如果j聲M，則令j的值自增1，然后返回至步驟4,如果j =M,則 將得出的經(jīng)相位補償處理后的第1個圖像塊至第N個圖像塊合并為經(jīng)方位向二次聚焦后的 SAR圖像。
[0016] 本發(fā)明的特點和進一步改進在于：
[0017] 所述步驟4的具體子步驟為：
[0018] (4. 1)設定給予的像素點對應的目標點的初始參考高程值為h。，所述給予的像素 點為N個圖像塊的第i個圖像塊的第j個像素點；令高程變量h = h。；
[0019] (4. 2)根據(jù)W下SAR幾何定位方程組，迭代求解給予的像素點對應的目標點在地 也固連坐標系下的坐標：

【權(quán)利要求】
1. 一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，獲取合成孔徑雷達回波數(shù)據(jù)，針對合成孔徑雷達回波數(shù)據(jù)進行SAR成像處理， 得出SAR圖像，獲取能夠覆蓋成像區(qū)域的先驗數(shù)字高程模型； 步驟2,將SAR圖像劃分為N個相同尺寸的圖像塊，每個圖像塊的像素點數(shù)為M，N為大 于1的自然數(shù)，M為大于1的自然數(shù)；設定迭代參數(shù)i=1，2,...，當i=1時，執(zhí)行步驟3 ; 步驟3,設定迭代參數(shù)j= 1，2,...，當j= 1時，執(zhí)行步驟4 ; 步驟4,針對給予的像素點進行SAR圖像目標定位，得出給予的像素點對應的目標點的 高程，所述給予的像素點為所述N個圖像塊的第i個圖像塊的第j個像素點； 步驟5,利用給予的像素點對應的目標點的高程，計算給予的像素點對應的雷達等效速 度； 步驟6,利用給予的像素點對應的雷達等效速度，構(gòu)造給予的像素點對應的二次相位誤 差補償函數(shù)； 步驟7,將所述N個圖像塊的第i個圖像塊作方位向傅里葉變換，得出所述N個圖像塊 的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號；利用步驟6中給予的像素點對應的二次相位誤 差補償函數(shù)對N個圖像塊的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號進行相位補償，得出經(jīng) 相位補償后的信號；將經(jīng)相位補償后的信號進行方位向逆傅里葉變換，得出經(jīng)相位補償處 理后的第i個圖像塊；將N個圖像塊的第i個圖像塊設為經(jīng)相位補償處理后的第i個圖像 塊； 步驟8,判斷i是否等于N，如果i尹N，則判斷j是否等于M，如果j=M，則令i的值 自增1，然后返回至步驟3,如果j尹M，則令j的值自增1，然后返回至步驟4 ;如果i=N， 則判斷j是否等于M，如果j尹M，則令j的值自增1，然后返回至步驟4,如果j=M，則將得 出的經(jīng)相位補償處理后的第1個圖像塊至第N個圖像塊合并為經(jīng)方位向二次聚焦后的SAR 圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法，其特征在于，所述 步驟4的具體子步驟為： (4. 1)設定給予的像素點對應的目標點的初始參考高程值為1?,所述給予的像素點為N個圖像塊的第i個圖像塊的第j個像素點；令高程變量h=hQ ; (4. 2)根據(jù)以下SAR幾何定位方程組，迭代求解給予的像素點對應的目標點在地心固 連坐標系下的坐標：
其中，tm為方位時刻，Vm(tm)為衛(wèi)星速度矢量，λ為合成孔徑雷達發(fā)射信號的波長，ri 為合成孔徑雷達斜距，Pt表示給予的像素點對應的目標點在地心固連坐標系下的坐標，Pt 二^^^&義上標"了"為矩陣或向量的轉(zhuǎn)置^^^^和口^分別為給予的像素點對 應的目標點在地心固連坐標系下的X軸坐標、Y軸坐標和Z軸坐標，Pm (tm)為合成孔徑雷達 的接收天線的相位中心位置，|pt-pm(tm)I表示向量pt-pm(tm)的模，Re為赤道半徑，f為地球 扁率因子； (4. 3)將給予的像素點對應的目標點在地心固連坐標系下的坐標轉(zhuǎn)換至先驗數(shù)字高程 豐旲型所在坐標系； (4.4)根據(jù)給予的像素點對應的目標點在先驗數(shù)字高程模型所在坐標系中的坐標，插 值出給予的像素點對應的目標點的高程值Ii1 ; (4. 5)設定設定迭代結(jié)束的閾值httoes ; (4. 6)計算插值后得出的給予的像素點對應的目標點的高程值Ill和給予的像素點對應 的目標點的初始參考高程值K的差值，若匕和心的插值滿足Ih1-IlcJ彡hthMS，則給予的像 素點對應的目標點的高程為h，然后執(zhí)行步驟5 ;否則，將令h=Ill，然后執(zhí)行子步驟（4. 2)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法，其特征在于，在步 驟5中，根據(jù)以下公式得出給予的像素點對應的雷達等效速度\ :
其中，為參考方位時間，RMf為雷達參考斜距，hMf為參考高程，VeCtn^f,Rraf,hraf) 為已知的參考像素點對應的雷達等效速度，\、kK、^·>、kh和kh,κ為設置的五個系數(shù)，h為 給予的像素點對應的目標點的高程；I為方位時刻，R為給予的像素點對應的目標點的雷達 斜距，^ =^R；ef +ve~ {tmref,Rrenhref ) *(tm -tmrefy〇
4. 如權(quán)利要求I所述的一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法，其特征在于，在步 驟6中，通過以下公式構(gòu)造給予的像素點對應的二次相位誤差補償函數(shù)(乂/j··
其中，R為給予的像素點對應的目標點的雷達斜距，λ為合成孔徑雷達發(fā)射信號的波 長，vg為步驟1進行SAR成像處理時采用的雷達等效速度，ΛVe =wfd為多普勒頻率。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種合成孔徑雷達圖像方位二次聚焦方法，其特征在于，所述 步驟7的具體子步驟為： (7. 1)將所述N個圖像塊的第i個圖像塊作方位向傅里葉變換，得出N個圖像塊的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號S(f山； (7. 2)利用步驟6中給予的像素點對應的二次相位誤差補償函數(shù)對子步驟（7. 1)中N個圖像塊的第i個圖像塊對應的距離多普勒域信號S(fd)i進行相位補償，得出經(jīng)相位補償 后的信號SJf山，SJf山為：
其中，外&?Λ)為步驟6構(gòu)造出的給予的像素點對應的二次相位誤差補償函數(shù)； (7.3)對子步驟（7.2)得出的經(jīng)相位補償后的信號進行方位向逆傅里葉變換， 得出經(jīng)相位補償處理后的第i個圖像塊；將N個圖像塊的第i個圖像塊設為經(jīng)相位補償處 理后的第i個圖像塊。
【文檔編號】G01S13/90GK104237885SQ201410468837
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】索志勇, 李真芳, 蔡麗美, 劉艷陽, 王志斌, 李錦偉 申請人:西安電子科技大學