分位高分辨和合成孔径.doc

《分位高分辨和合成孔径.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章合成孔径雷达运动补偿机载SAR运动补偿可分为实时运动补偿和成像处理运动补偿。实时运动补偿就是利用飞机上的惯性导航设备和运动传感器测出飞机的姿态和速度变化，对雷达参数进行实时调整，根据飞机姿态变化调整天线波束指向，根据飞机速度调整脉冲重复频率，消除不均匀采样误差，根据天线相位中心到场景中心线的距离，调整快时间采样起始时刻。实时运动补偿能消除部分运动误差，但要实现高分辨率成像，还需要在成像处理中进行精确的运动补偿，成像处理运动补偿可又分为两类，一是基于运动传感器的运动补偿，二是基于雷达高分辨回波数据的运动补偿。成像处理运动补偿中，基于回波数据的运动补偿本质上和

2、基于运动传感器的运动补偿相同，只不过运动参数(主要是多普勒中心和调频率参数)是通过回波数据估计得到。由载机引起的合成孔径阵列误差主要可分为沿着航向的误差和垂直航向的误差，下面分别讨论对它们的运动补偿。6.1垂直航线运动分量的补偿由大气扰动引起的运动误差的补偿是机载SAR系统中一个关键问题。在SAR成像系统中因运动误差而引起的主要影响表现有：空间和辐射分辨率的下降，方位模糊，几何和相位失真。运动误差通常可用捷连惯导单元(IMU)和惯性导航系统(INS)测得。对从IMU或INS的加速度计和陀螺仪获得的数据进行处理可以重构出飞机的三维运动轨迹(即沿航向，垂直航向，天顶

3、方向)，同时也可得到IMU位置的三个角度分量(即偏航角，俯仰角，滚转角)。由于我们关心的是天线相位中的运动误差，所以需要知道IMU和天线中心位置之间的距离，以便将IMU位置的运动信息换算到相位中心位置，同时需要将惯导系统与全球定位系统相结合，把相位位置转变为绝对位置。由于从惯导系统得来的运动参数常常受到系统误差(例如，加速度计的积分引起的偏差)的影响，通过从SAR数据中估计可进一步提高运动参数的精度。下面，我们先分析SAR处理中的运动误差对成像的影响。我们假设机载SAR沿着图6-1所描绘的飞行轨迹运动，同时也给出了一条理想的直线飞行轨迹。因为在直角坐标系中的X轴

4、方向和理想方向一致，所以，雷达位置(天线孔径中心)和任意一个点目标在时刻的距离可表示为(6.1)其中，取，并且取值为雷达平台沿轴运动的平均速度，是在沿航迹方向，由于实际速度与理想速度的速度差而引起的位置差。通常通过实时校正脉冲重复频率或改变SAR录取数据的方位向采样率，来补偿因运动速度不稳而产生的变化量(在没有惯导或惯导情况下，还需要对此位置偏差进行校正，此问题将在下一节详细讨论)。因此，(6.1)式中的将在下面的分析中可被省略掉。图6-1SAR存在运动误差的几何关系示意图对(6.1)作近似得(6.2)其中是没有速度扰动时雷达到目标的最短斜距，是视角。通过对(6

5、.2)式中的传感器到目标的距离与理想时的斜距作比较，可注意到运动误差引进了两个附加因子，这两因子说明了沿和向的平台偏移部分(参考图6-2)，这些偏移总称为瞄准线偏移(LOS)。(6.3)图6-2瞄准线在轴方向投影(左图)和轴方向投影(右图)瞄准线的偏移需要通过两种补偿来完成校正：一种是距离的重采样，校正由于而造成的回波延时的变化(若远小于距离采样间隔，则此项可忽略)，第二种是相位的校正。不好的是，偏移量不仅和平台的运动偏差有关，而且和目标的视角有关，并且后者是不确定的，因为视角和场景有关。为了便于分析处理，我们先假设地面近似为一平面，所以　(6.4)其中代表(平

6、均的)飞行高度，这样我们可得到　　　　　　　　　　　(6.5)可见不仅和距离有关，同时也和方位有关。另外，在SAR录取数据阶段是个未知量。在忽略了距离徙动的情况下，我们做完距离压缩以后就可以对瞄准线偏差进行补偿，即斜距近似等于垂直距离，则(6.6)在距离徙动不能忽略的情况下，因为在距离压缩之后不能假设成立，所以补偿过程会更加困难些。解决此问题的可行方案是通过解耦合分两次进行相位校正，即我们常说的一次运动补偿因子，二次运动补偿因子(MoreiraandHuang,1994)。一次运动补偿因子定义为校正给定参考距离的瞄准线误差所造成的相位，其中典型的参考距离就是成像

7、中心的距离，其为：(6.7)这种校正即可在距离压缩后的数据进行，又可在距离压缩之前进行。在我们进行一次运动补偿时，距离压缩步骤(如果此前我们没有进行距离压缩)和距离单元徙动校正可同时进行。注意和距离有关的运动误差部分对距离徙动校正的影响很小，因此距离徙动校正能在忽略了这部分运动误差的情况下的进行。下面，我们假设，二次运动补偿是对瞄准线偏差的距离变化部分的校正。并且有下式(6.8)最后，我们再完成方位压缩。垂直航线运动误差的补偿流程图如图6-3所示。其中包括距离徙动校正和方位滤波过程。图6-3SAR有运动误差时处理的流程图6.2速度不稳时的运动补偿（沿航线运动分量

8、的补偿）在机载SAR中，