一种超高分辨率机载聚束SAR两维自聚焦算法

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstrOnauticaSinicaJul252012Vol33No．71289．1295ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu，cahkxb@buaaedu．CB文章编号：1000—6893(2012)07—1289—07一种超高分辨率机载聚束SAR两维自聚焦算法毛新华‘，朱岱寅，朱兆达南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京210016摘要：受运动参数测量误差和大气扰动等因素影响，合成孔径雷达(SAR)图像通常会发生散焦，利用自聚焦对散焦的SAR图像进行后

2、处理是一种有效的重聚焦手段。传统的自聚焦算法都只是针对方位一维相位误差的估计和补偿。随着成像分辨率的提高，自聚焦时残留距离徙动的校正成为SAR成像面临的一个新挑战。本文推导得到了极坐标格式算法处理后残留距离徙动和方位相位误差的解析表达式，分析了两者之间的内在关系，并利用该关系，提出了一种能够同时进行残留距离徙动和方位相位误差补偿的两维自聚焦算法。实测数据处理结果表明，在残留距离徙动效应不可忽略的条件下，该方法能够极大地改善原有自聚焦算法的聚焦性能。关键词：合成孔径雷达；超高分辨率成像；自聚焦；残留距离徙动；方位相位误差中图分类号：V243．2；TN95

3、8文献标识码：A合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是通过信号处理技术对地面景物进行成像的一种新体制雷达，它的出现极大地扩展了原有的雷达概念，使雷达具有了对目标(如地面、坦克、装甲车辆等)进行成像和识别的能力，能够为人们提供越来越多的有用信息，SAR对目标的成像通过距离和方位两维高分辨实现：其中距离向高分辨率通过对宽带信号进行脉冲压缩处理得到；而方位向高分辨率则通过对合成孔径数据进行相干处理实现，这种相干处理依赖于精确获知雷达和目标之间的瞬时相对位置信息。实际应用中，受雷达位置扰动和电磁波传播介质不均匀等因素影响，这种相

4、干性往往很难直接得到保证。目前采取的主要措施是增加辅助的运动测量单元(典型的如惯性测量单元和全球定位系统)来获取雷达位置信息，而忽略传播介质不均匀的影响。然而，随着成像分辨率的提高，不但运动测量单元提供的位置信息精度可能仍然无法满足相干性要求，而且传播介质不均匀导致的雷达回波延迟误差效应也变得不可忽略，这将逐渐成为未来超高分辨率SAR系统精确聚焦成像的重要限制因素[1]。因此有必要研究从雷达回波数据中提取并补偿误差的办法，即自聚焦方法。回波的延迟误差对SAR成像有两个方面的影响：一是会产生额外的距离徙动，在SAR成像过程中无法得到补偿；二是会在方位向引

5、入一个相位误差，导致图像方位散焦。当延迟误差较小，产生的额外距离徙动小于一个距离分辨单元时，这种残留距离徙动效应完全可以忽略不计，这也是目前几乎所有的自聚焦算法(典型算法如子孔径算法[2]、相位差分算法口]、相位梯度自聚焦算法[4]、特征值方法[)一等)假设的前提。然而，随着收稿日期：2011-09．01：退修日期：2012—02—16；录用日期：2012—03-15；网络出版时间：2012—03·2911：38网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V201203291138001htm基金项目：国防基础科研计划(

6、B2520110008)；国家自然科学基金(61071165)；航空科学基金(20102052024)；中国博士后科学基金特别资助(201003586)；教育部“新世纪人才支持计划”(NCET-09．0069)；中央高校基本科研业务费专项资金(NS2012097)*通讯作者Tel：025-84896490—12506E—mail：xinhua@nuaaeducn乳用格式tMaoXH．ZhuDY．ZhuZD2-Dautofocusalgorithmforultra—mghresolutionairbornesl∞t／ightSARimag』仃giActa

7、AeronauticaetAstronauticaSmma．2012．33(7)：1289—1295毛旗华，朱岱寅。朱毙达．一种趣高分辨率机载聚京SAR藕维自聚焦算法．蕊空学报．2012，33(7)。1289-1295j航空学报dul252012VoI33No7误差的增加，尤其是成像分辨率特别高时，残留距离徙动跨距离单元将变得不町避免，因此，在此条件下有效的自聚焦算法必须要考虑残留距离徙动和方位相位误差的同时补偿。文献[6]将传统的一维相位梯度自聚焦算法(PhaseGradientAtuo—focus，PGA)扩展到两维，提出r两维相位梯度自聚焦算法(

8、2一I)PGA)试图解决这一问题。但该方法由于没有足够的冗余度对相位误差进行精确估计，因此还无