复杂航迹和起伏地形条件下机载聚束SAR空变运动补偿

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1、航空学报ActaAeronauticaelAstronauticaSinicaApr．252012Vol33No．4744-754ISSN1000—6893CN11·1929／VhHp：／／hkxb．buaa，edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)04-0744-11复杂航迹和起伏地形条件下机载聚束SAR空变运动补偿毛新华*，朱岱寅，朱兆达南京航空航天大学电子与信息工程学院，江苏南京210016摘要：运动补偿是雷达乎台机动飞行条件下合成孔径雷达(SAR)实现精确聚焦成像的前提，而如何精确实现运动误差的空变补偿(误差

2、补偿随目标距离、方位和高度位置的变化而变化)目前还存在很大的挑战。本文提出了一种新的三阶运动补偿方法，能够有效解决复杂雷达航迹和地形起伏条件下运动误差的空变补偿问题。该方法首先以场景中心为参考进行空不变运动补偿，然后以多个子场景中心为参考进行空变运动补偿。最后再利用极坐标格式算法(PFA)统一补偿每个像素的空变误差。仿真数据处理结果验证了本文方法的有效性。关键词：合成孔径雷达；空变运动补偿；复杂航迹；起伏地形；敷字聚束中图分类号：V243．2fTP958文献标识码：A合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候、远距离成像能力，在军事侦察和民用遥感领域有着巨大的应

3、用前景。随着SAR技术的日趋成熟和完善，对其成像指标的设定越来越高，例如要求更高的图像分辨率、更大的图幅尺寸等。然而，随着分辨率的提高，合成孔径时间增加，雷达载机理想的匀速直线运动假设将不再成立；另外，当成像场景越来越大时，地形起伏也将不可避免。因此如何在复杂航迹和地形起伏条件下进行精确成像是当前SAR成像信号处理领域要解决的关键问题。理论上，精确的时域算法(如时域相关算法和后向反投影算法[1。2])能够实现任意航迹和任意地形起伏条件下的精确成像，但由于该类算法要对像素进行逐个处理，在对大场景进行超高分辨率成像时，计算效率非常低，现在还远远无法达到实时处理的要

4、求。而目前普遍采用的频域算法，如CSA(ChirpScalingAlgorithm)、距离徙动算法(RMA)[31等，虽然计算效率非常高，但由于处理过程中都采用了快速傅里叶变换(FFT)，要求处理的孑L径必须是线性的，无法在雷达大机动条件下进行精确成像，而且该类算法也无法考虑成像场景地形起伏变化。极坐标格式算法(PFA)t34]具有非共面补偿能力，运算效率也非常高，但其存在平面波前近似，在大机动条件下由此引入的误差将更加明显。因此，在已有的成像算法中，还没有一种算法能够同时满足复杂成像条件下成像精度和效率的要求，必须探寻新的成像算法或者对已有成像算法进行适应性

5、改进。目前，在频域算法中结合运动补偿是解决上述问题的有效途径。运动补偿对由雷达非理想航迹和地形起伏引入的误差进行补偿，使得补偿后的数据可以等效为理想航迹条件下的数据，因此收稿日期：2011-05-04；退修Et期：2011-06-20；录用日期：2012—01·04；网络出版时问：20T2_02．0109：40霸络出版地址：Mcnki．net／kcrns／detail／11，1929，V。20120201．0940．001．htmlDOI：CNKI：11．1929／V．20120201．0940．001基金项目：国家自然科学基金(61071165)；航空科学基

6、金(20102052024)I中国博士后科学基金(201003586)*通讯作者．Tel．；025—84896490—12506E-mail：xinhua@nBaB．edu．∞飘用#武lMaoXH，ZhuDY，ZhuZD．Spaoe-variantmotioncompensationforairbornespo#l驴tSARllnl幽r∞mpllcatedflightpathandrug．gedterrain．ActaAeronauticaetAstronauticaSinicat2012·33{4)：744-754．毛蕺华．皋岱寰。来兆达．复牵航速泰起侠地影

7、条停下执载聚柬SAR空变运葫补偿．航空学报．20

8、2，33(4>t744—754．毛新华等：复杂航迹和起伏地形条件下机载聚束SAR空变运动补偿再利用精确的频域成像算法可以实现复杂雷达航迹和地形起伏条件下的高效、精确成像。然而，由于运动误差具有空变性，即运动误差随着目标距离、方位和高度位置的变化而变化，因此要对所有目标进行统一的运动补偿存在很大的挑战。文献[5]最早讨论了运动误差对成像的影响，并提出了补偿方案。但该补偿方案没有考虑误差的空变性，只是针对场景参考点补偿了相位误差，因此，在对大场景或有地形起伏的目标成像时补偿精度仍不能满足要求。文献[6]～文献[83

9、提出了二阶运动补偿方法，该方法将运动误