本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)載高分辨合成孔徑雷達(dá)的精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，可實(shí)現(xiàn)合成孔徑雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。

背景技術(shù)：

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償(Motion Compensation，MOCO)是機(jī)載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像的關(guān)鍵問(wèn)題。尤其對(duì)于小型無(wú)人機(jī)載平臺(tái)，精確的MOCO是一項(xiàng)困難的工作。

傳統(tǒng)的“兩步”MOCO方法結(jié)合CSA(Chirp Scaling Algorithm，調(diào)頻變標(biāo))算法補(bǔ)償機(jī)載運(yùn)動(dòng)誤差。該方法分步補(bǔ)償距離非空變和距離空變運(yùn)動(dòng)誤差，具有高效性。但第一步MOCO后殘余距離空變運(yùn)動(dòng)誤差相位在二維波數(shù)域中會(huì)影響距離徙動(dòng)校正(Range Cell Migration Correction，RCMC)的精度，在距離時(shí)域表現(xiàn)為RCMC包絡(luò)彎曲，影響方位脈沖壓縮精度。對(duì)于大測(cè)繪帶成像，雖通常采用距離分塊，再將距離子塊進(jìn)行拼接的方法進(jìn)行處理，但運(yùn)動(dòng)誤差在距離子塊內(nèi)的距離空變性對(duì)RCMC的影響同樣不可忽略。距離分塊需要進(jìn)行塊重疊，密集的距離分塊一定程度上消耗了處理效率和存儲(chǔ)能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)載高分辨合成孔徑雷達(dá)的精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，補(bǔ)償距離空變運(yùn)動(dòng)誤差相位，減小其對(duì)RCMC包絡(luò)的影響。

本發(fā)明的技術(shù)思路為：結(jié)合“一步”MOCO的SAR成像算法(“One-Step”motion compensation Focusing Algorithm，OSFA)，該方法在RCMC前補(bǔ)償距離空變運(yùn)動(dòng)誤差相位，減小其對(duì)RCMC包絡(luò)的影響。同時(shí)引入后濾波的處理思路，對(duì)粗聚焦圖像進(jìn)行方位分塊處理，補(bǔ)償RCMC后的殘余距離空變及方位空變運(yùn)動(dòng)誤差。為便于描述，本發(fā)明采用的算法也稱為OSFA算法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種機(jī)載高分辨合成孔徑雷達(dá)的精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1，機(jī)載SAR接收回波信號(hào)，對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)粗補(bǔ)償和相位粗補(bǔ)償，得到粗補(bǔ)償后的回波信號(hào)；

步驟2，對(duì)所述粗補(bǔ)償后的回波信號(hào)依次進(jìn)行距離向分塊和方位向分塊，得到N個(gè)子塊；

步驟3，計(jì)算第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的殘余運(yùn)動(dòng)誤差，i＝1，...，N，i的初值為1，第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)為第i個(gè)子塊的幾何中心所在的像素點(diǎn)；

步驟4，確定第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)；

步驟5，獲取原始方位匹配濾波函數(shù)和精確方位匹配濾波函數(shù)，根據(jù)所述原始方位匹配濾波函數(shù)、所述精確方位匹配濾波函數(shù)和所述殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)確定第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的最終補(bǔ)償函數(shù)；

步驟6，根據(jù)所述最終補(bǔ)償函數(shù)對(duì)第i個(gè)子塊進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到第i個(gè)子塊的補(bǔ)償圖像；

步驟7，令i的值加1，并依次重復(fù)執(zhí)行步驟3至步驟7，從而得到機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的補(bǔ)償圖像。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)：

(1)克服了傳統(tǒng)兩步補(bǔ)償法的殘余距離空變運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)RCMC精度的影響；(2)運(yùn)用后濾波方法補(bǔ)償了RCMC后殘余距離空變與方位空變相位誤差。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)載高分辨合成孔徑雷達(dá)的精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例仿真采用的斜視SAR成像幾何模型示意圖；

圖3是仿真采用的運(yùn)動(dòng)參數(shù)誤差仿真結(jié)果示意圖；

圖4是仿真一中，″兩步″MOCO與OSFA點(diǎn)目標(biāo)A、B、C的RCMC對(duì)比示意圖；

圖5是仿真一中，″兩步″MOCO與OSFA點(diǎn)目標(biāo)A、B、C的成像結(jié)果對(duì)比示意圖；

圖6是仿真一中，″兩步″MOCO法與OSFA點(diǎn)目標(biāo)A、B、C的方位脈沖響應(yīng)曲線對(duì)比示意圖；

圖7是仿真二中，OSFA成像結(jié)果示意圖；

圖8是仿真二中，MOCO法與OSFA關(guān)于場(chǎng)景1和場(chǎng)景2的局部放大對(duì)比結(jié)果示意圖；

圖9是仿真二中，點(diǎn)目標(biāo)A、B的方位脈沖響應(yīng)曲線對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種機(jī)載高分辨合成孔徑雷達(dá)的精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

步驟1，機(jī)載SAR接收回波信號(hào)，對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)粗補(bǔ)償和相位粗補(bǔ)償，得到粗補(bǔ)償后的回波信號(hào)。

步驟1中，由機(jī)載SAR雷達(dá)系統(tǒng)接收設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的回波信號(hào)；對(duì)設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的回波信號(hào)使用“一步補(bǔ)償法”進(jìn)行粗補(bǔ)償?shù)玫酱謭D像，主要包括包絡(luò)補(bǔ)償和相位補(bǔ)償。包絡(luò)補(bǔ)償在二維頻域基于場(chǎng)景中心點(diǎn)統(tǒng)一進(jìn)行，相位補(bǔ)償需要在距離脈壓后的距離時(shí)域進(jìn)行，補(bǔ)償參數(shù)與斜距有關(guān)?！耙徊窖a(bǔ)償法”為在距離徙動(dòng)校正前補(bǔ)償距離空變運(yùn)動(dòng)誤差。

步驟2，對(duì)所述粗補(bǔ)償后的回波信號(hào)依次進(jìn)行距離向分塊和方位向分塊，得到N個(gè)子塊。

步驟2中，對(duì)所述粗補(bǔ)償后的回波信號(hào)進(jìn)行距離向分塊時(shí)，距離子塊長(zhǎng)度ΔR劃分滿足如下規(guī)則：

其中，X_a為天線相位中心位置，λ為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，R_s為成像中心斜距，Δx為沿X軸方向的運(yùn)動(dòng)誤差分量、Δy為沿Y軸方向的運(yùn)動(dòng)誤差分量、Δz為沿Z軸方向的運(yùn)動(dòng)誤差分量，為斜視角。

方位子塊長(zhǎng)度δX劃分滿足如下規(guī)則：

$\frac{128}{PRF}V\≤\mathrm{\δ}X\≤min\left(\frac{{\mathrm{\λR}}_s}{16\mathrm{\Δ}x}\right)$

其中，PRF表示脈沖重復(fù)頻率，V表示平臺(tái)速度。

示例性的，距離分塊一般選取512點(diǎn)即可。方位分塊一般選取256點(diǎn)。

步驟3，計(jì)算第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的殘余運(yùn)動(dòng)誤差，i＝1，...，N，i的初值為1，第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)為第i個(gè)子塊的幾何中心所在的像素點(diǎn)。

步驟3具體為：

第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的殘余運(yùn)動(dòng)誤差ΔR_E為：

其中，X為載機(jī)沿航向的位置，x為目標(biāo)點(diǎn)的方位向坐標(biāo)，r為斜距，Y₀為場(chǎng)景中心的地距，H為飛機(jī)高度，ΔR_A(r，X；x)為飛行軌跡相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的方位空變運(yùn)動(dòng)誤差，Δy為沿Y軸方向的運(yùn)動(dòng)誤差分量、Δz為沿Z軸方向的運(yùn)動(dòng)誤差分量，為斜視角。

步驟4，確定第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)。

步驟4中，殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)H_MOCO(K_x；r，x)為：

H_MOCO(K_x；r，x)＝exp{jK_rc[p₀+p₁(X^*-x)+p₂(X^*-x)²+p₃(X^*-x)³]}

其中，K_x為X的方位波數(shù)譜，p₀，p₁，p₂，p₃為多項(xiàng)式系數(shù)，X^*為駐相點(diǎn)，K_rc＝4π/λ，K_rc代表單位波數(shù)。

步驟5，獲取原始方位匹配濾波函數(shù)和精確方位匹配濾波函數(shù)，根據(jù)所述原始方位匹配濾波函數(shù)、所述精確方位匹配濾波函數(shù)和所述殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)確定第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的最終補(bǔ)償函數(shù)。

步驟5具體包括如下步驟：

(5a)獲取原始方位匹配濾波函數(shù)H_AMFI(K_x，r)為：

(5b)獲取精確方位匹配濾波函數(shù)H_AMFII(K_x；r，x)為：

(5c)第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的最終補(bǔ)償函數(shù)H_PTA(K_r；r，x)為：

H_PTA(K_r；r，x)＝H_AMFII-H_AMFI+H_MOCO

其中，K_x為X的方位波數(shù)譜，X^*為駐相點(diǎn)，r為斜距，為斜視角，H_MOCO(K_x；r，x)為殘余運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償函數(shù)。

步驟6，根據(jù)所述最終補(bǔ)償函數(shù)對(duì)第i個(gè)子塊進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到第i個(gè)子塊的補(bǔ)償圖像。

步驟6具體為：

將第i個(gè)子塊變換至波束域，并乘以第i個(gè)子塊的中心點(diǎn)的最終補(bǔ)償函數(shù)，然后進(jìn)行方位向逆FFT，得到第i個(gè)子塊的補(bǔ)償圖像。

步驟7，令i的值加1，并依次重復(fù)執(zhí)行步驟3至步驟7，從而得到機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的補(bǔ)償圖像。

本發(fā)明的效果可通多以下仿真實(shí)驗(yàn)作進(jìn)一步說(shuō)明：

1)仿真條件：

本發(fā)明在相同仿真條件下與傳統(tǒng)“兩步”MOCO進(jìn)行結(jié)果對(duì)比，仿真參數(shù)如表1所示：

表1點(diǎn)目標(biāo)仿真參數(shù)

其中所用的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)源于高精度機(jī)載慣導(dǎo)設(shè)備，運(yùn)動(dòng)誤差仿真結(jié)果如圖3所示。

2.仿真內(nèi)容及結(jié)果分析：

仿真1：用本發(fā)明方法在5°斜視角下，對(duì)目標(biāo)點(diǎn)A、B、C方位向使用OSFA算法進(jìn)行RCMC處理并與“兩步”MOCO結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖4所示，圖4(a)為“兩步”MOCO處理結(jié)果，圖4(b)為OSFA處理結(jié)果。其中，點(diǎn)目標(biāo)A、B、C以場(chǎng)景中心為原點(diǎn)，在距離向從遠(yuǎn)到近依次排列，坐標(biāo)分別為(0，400)、(0，0)、(0，-400)(單位為m)。而后對(duì)“兩步”MOCO法和OSFA處理后的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行成像，對(duì)比結(jié)果如圖5所示，圖5(a)為“兩步”MOCO處理后點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果，圖5(b)為OSFA處理后點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果。圖6給出了圖5中點(diǎn)目標(biāo)A、B、C在兩種MOCO算法下的方位脈沖響應(yīng)曲線對(duì)比結(jié)果。表2用峰值旁瓣比(PSLR)、積分旁瓣比(ISLR)、脈沖響應(yīng)寬度(IRW)三個(gè)參量衡量圖6的對(duì)比結(jié)果。

表2仿真一目標(biāo)點(diǎn)A、B、C方位脈沖響應(yīng)曲線量化統(tǒng)計(jì)結(jié)果

仿真2：用本發(fā)明方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自Ka波段機(jī)載SAR，實(shí)驗(yàn)參數(shù)與表1的仿真參數(shù)相同。

圖7給出了一段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的OSFA處理結(jié)果，圖中用矩形框標(biāo)出了兩塊特征明顯的場(chǎng)景，分別為場(chǎng)景1和場(chǎng)景2。另外在圖中用圓圈標(biāo)出了兩個(gè)孤立散射點(diǎn)A、B。對(duì)場(chǎng)景1、場(chǎng)景2分別通過(guò)傳統(tǒng)“兩步”MOCO法和OSFA處理的結(jié)果如圖8所示，圖8(a)為場(chǎng)景1的對(duì)比結(jié)果，圖8(b)為場(chǎng)景2的對(duì)比結(jié)果，“兩步”MOCO法處理結(jié)果位于左側(cè)，OSFA處理結(jié)果位于右側(cè)。

圖9為兩種成像算法下，點(diǎn)目標(biāo)A、B的方位脈沖響應(yīng)函數(shù)對(duì)比結(jié)果，圖9(a)為點(diǎn)目標(biāo)A的對(duì)比結(jié)果，圖9(b)為點(diǎn)目標(biāo)B的對(duì)比結(jié)果。其中藍(lán)色實(shí)線表示OSFA的點(diǎn)目標(biāo)方位脈沖響應(yīng)曲線。紅色虛線為“兩步”MOCO法的點(diǎn)目標(biāo)方位脈沖響應(yīng)曲線。表3為圖9中方位脈沖響應(yīng)曲線的量化分析結(jié)果，評(píng)價(jià)因子分別為峰值旁瓣比(PSLR)、積分旁瓣比(ISLR)和主波束寬度(IRW)。

表3仿真二目標(biāo)點(diǎn)A、B方位脈沖響應(yīng)曲線量化統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.仿真結(jié)果分析：

通過(guò)圖4對(duì)比結(jié)果可知，由于“兩步”MOCO在場(chǎng)景中心點(diǎn)外存在較大殘余運(yùn)動(dòng)誤差，因此圖4(a)中點(diǎn)A和點(diǎn)C的RCMC曲線存在明顯彎曲，而點(diǎn)B正常。在4(b)的結(jié)果中得到了明顯的修正。成像結(jié)果對(duì)比如圖5所示，圖5(a)為基于“兩步”MOCO的成像結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)除距離中心點(diǎn)B外，點(diǎn)A和點(diǎn)C均出現(xiàn)嚴(yán)重散焦現(xiàn)象。圖5(b)為基于OSFA的成像結(jié)果，目標(biāo)點(diǎn)A、B、C均能良好聚焦。從圖6和表2的對(duì)比結(jié)果中可知，僅對(duì)于場(chǎng)景中心點(diǎn)B，兩種方法的聚焦效果相當(dāng)，點(diǎn)A和點(diǎn)C的OSFA處理效果要明顯優(yōu)于“兩步”MOCO法

從圖8的對(duì)比可知，通過(guò)“兩步”MOCO法處理后，點(diǎn)目標(biāo)出現(xiàn)明顯的散焦現(xiàn)象，而在OSFA的結(jié)果中得到修正。圖9和表3的結(jié)果均顯示OSFA明顯優(yōu)于“兩步”MOCO法。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。