机载SAR反投影图像自聚焦处理方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSin／caNov．252014Vol35No．113074—3081ISSN1000．6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CFIhkxb@buaa．edu．CFI机载SAR反投影图像自聚焦处理方法王昕1’3一，朱岱寅2，蒋锐31．毫米波国家重点实验室，江苏南京2100962．南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京2100163．南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京210003摘要：反投影算法(BPA

2、)是一种经典的时间域合成孔径雷达(SAR)成像处理方法。BPA对回波数据插值累加得到图像，运动误差导致的目标散焦沿不同的倾斜角度存在，无法直接应用现有的自聚焦算法。为此，提出了一种新颖的BPA图像运动补偿方案。基于反投影数据运动相位误差和距离徙动分析，研究了修正投影栅格成像，从而去除重建图像中目标散焦方向的空变特性。在中低分辨率配置下，重建SAR图像能够直接应用相位梯度自聚焦(PGA)等进行运动补偿。点目标仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性。关键词：合成孑L径雷达；反投影算法；相位误差；运动补偿；相位

3、梯度自聚焦中图分类号：V234；TN957文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)113074—08作为一种经典的时间域合成孔径雷达(Syn—theticApertureRadar，SAR)成像处理方法，反投影算法(BackprojectionAlgorithm，BPA)Cl-5]已经得到了广泛的研究和应用。BPA可以精确成像，在任意已知航迹条件下均能得到聚焦质量良好的图像；可以在载机平台运动的同时，连续输出成像结果，适合自动目标检测应用，易于作并行处理。此外，BPA还可以方便地实现局部放大和大

4、场景成像。但是，BPA运算量比较大，图像自聚焦运动补偿困难，这在一定程度上限制了该算法的应用。针对运算量问题，已经有许多文献[6删提出快速处理方法并有效地改善了反投影效率。本文仅对反投影类图像的自聚焦运动补偿进行了研究。实际数据处理时，空气扰动、航迹偏移等现象都不可避免地会在成像中引入相位误差，导致图像出现散焦。此时，仅依靠传感器数据的运动补偿通常不能完全去除相位误差，还需要对SAR图像进行自聚焦处理，其中应用较为广泛的一种方法是相位梯度自聚焦(PhaseGradientAutofo—CUS，PGA)算法。应

5、用PGA时通常要求散焦仅在方位向存在，图像与相位历史数据之间存在傅里叶变换关系。然而，BPA图像一般是通过SAR距离向脉冲压缩后相位历史数据反投影累加得到的。其中，成像平面设置为地平面的地理空间矩形栅格。由于投影到地平面，运动误差导致的目标散焦在图像中通常沿着不同的倾斜角度存在，图像和相位历史数据之间也不存在傅里叶变换关系，直接应用PGA[1卜14]非常困难。与BPA相比，快速BPA仅对数据处理进行了迭代分解，成像本收稿日期：2013—12—24；退修日期：2014—05—21；录用日期：2014—07—27

6、；网络出版时间：2014—08—1508：17网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／107527／S1000—689320140168．htmI基金项目：中国博士后科学基金(2014M551630)；江苏省博士后科研资助计划(1302089B)；江苏省高校自然科学研究项目(14KJB510024)；中央高校基本科研业务费(NJ20140008)；南京航空航天大学基本科研业务费(NS2013023)；毫米波国家重点实验室开放课题(K201506)*通讯作者．Tel．：025．834922

7、50E—mail：wangx@njupt．educn鳓用格式

8、WangX，ZhuDY，JiangRAutofocusmethodofairborneSARimageryreconstructedviabackprojection[Jff．ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin，cat2014，35(11)：3074—3081．I瞬．朱岱寅，蒋锐．机载SAR反投影豳像自聚焦处理方法[JI航空学摄，2014．35(¨)13074．308{．王听等：机载SAR反投影图像自聚焦处理方法质与B

9、PA一致，重建图像自聚焦运动补偿也难以实现。现有研究中，仅有几篇公开发表的文献[15。”1对反投影图像的运动补偿进行了讨论。其中，文献[15]分析了BPA图像的性质，修正了成像网格，并得出小场景范围内可以直接应用PGA进行运动补偿的结论。文献[16]和文献[17]提出快速分解反投影(FastFactorizedBack—projection，FFBP)算法的子孔径自聚焦处理，在每个迭代阶段对每个子孔