一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法和裝置製造方法
2023-04-28 10:34:06 5
一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法，所述方法包括：對掃描合成孔徑雷達每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分；分別對每個子孔徑進行相位誤差估計；將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差；對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。本發明同時還公開了一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦裝置。
【專利說明】一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法和裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合成孔徑雷達（SAR，Synthetic Aperture Radar)數據處理技術領 域，尤其涉及一種高解析度掃描合成孔徑雷達（ScanSAR，Scanning Synthetic Aperture Radar)自聚焦處理方法和裝置。
【背景技術】
[0002] ScanSAR是一種由多個子測繪帶構成的寬測繪帶的SAR模式，其原理是以兩個或 兩個以上子測繪帶之間的時間共享來獲得超寬測繪帶覆蓋的。ScanSAR成像時，其總的測繪 帶寬度等於各子測繪帶寬度之和。對於每個子測繪帶，通常的雷達工作模式為突發（burst) 方式；所謂的burst，是指來自連續發射脈衝的一組連續的脈衝序列。ScanSAR圖像的方 位向解析度只決定於每個burst的持續長度，並且每個完整的合成孔徑長度包含了若干個 burst。對於ScanSAR數據處理，需要對各子測繪帶分別進行處理，然後將獲得的處理結果 拼接在一起獲得完整的寬測繪帶ScanSAR處理結果。
[0003] 對於子測繪帶數據處理，常規的算法是將每個Burst數據進行單獨處理，然後再 拼接得到連續的子測繪帶圖像。但是，這一數據處理方法中仍然存在著不可避免的相位誤 差，相位誤差主要是由合成孔徑中每個burst存在無法補償的運動或者未知的傳播效應造 成的，以致降低了獲得的圖像的質量。
[0004] 由於目前ScanSAR主要應用於低解析度的星載SAR系統，因此，對於圖像質量問 題關注不多。然而，對於一些先進的實驗機載SAR系統已經裝備了高解析度的ScanSAR模 式，其主要目的是為了未來的高解析度星載SAR系統進行技術驗證，圖像聚焦質量也備受 關注。因此，對於高解析度ScanSAR圖像，利用自聚焦技術去除大部分的相位誤差以獲得聚 焦SAR圖像是必要的。
[0005] 在現有的SAR自聚焦技術中，相位梯度自聚焦（PGA, Phase gradient autofocus) 算法是應用最為廣泛的、適用於許多種場景的自聚焦技術。標準的PGA是針對於聚束SAR 模式設計的，同時在標準PGA的基礎上進行些許改進，已成功地應用於條帶SAR模式的自聚 焦處理。但對於ScanSAR模式，由於數據形式不同於聚束SAR模式和條帶SAR模式，以致於 無法直接使用現有的PGA算法實現圖像的聚焦。
[0006] 綜上所述，如何實現在ScanSAR模式下的自聚焦技術是一個亟待解決的問題。
【發明內容】
[0007] 有鑑於此，本發明實施例期望提供一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方 法和裝置，能夠實現在ScanSAR模式下進行全孔徑處理的自聚焦技術，提高圖像質量。
[0008] 為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
[0009] 本發明實施例提供了一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法，所述方法 包括：
[0010] 對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分； toon] 分別對每個子孔徑進行相位誤差估計；
[0012] 將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤 差；
[0013] 對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。
[0014] 上述方案中，所述ScanSAR數據為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數據。
[0015] 上述方案中，所述對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分包括：
[0016] 按照相鄰子孔徑間存在一個burst的數據重疊的方式對每個子測繪帶的ScanSAR 數據進行子孔徑劃分。
[0017] 上述方案中，所述分別對每個子孔徑進行相位誤差估計包括：
[0018] 分別去除每個子孔徑中的空白數據部分，提取出每個子孔徑中的burst數據進行 拼接；
[0019] 對拼接後的數據利用PGA的處理方法進行子孔徑相位梯度估計；
[0020] 對獲得的子孔徑相位梯度進行補零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數據長度的 相位誤差。
[0021] 上述方案中，所述將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測 繪帶全孔徑相位誤差包括：
[0022] 利用同一測繪帶的子孔徑重疊特性實現子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測繪帶全 孔徑相位誤差。
[0023] 本發明實施例還提供了一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦裝置，所述裝置包 括子孔徑劃分模塊、相位誤差估計模塊、相位誤差拼接模塊、誤差校正壓縮模塊，其中，
[0024] 所述子孔徑劃分模塊，用於對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分；
[0025] 所述相位誤差估計模塊，用於分別對每個子孔徑進行相位誤差估計；
[0026] 所述相位誤差拼接模塊，用於將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼 接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差；
[0027] 所述誤差校正壓縮模塊，用於對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行全孔徑相位誤 差校正和方位向壓縮。
[0028] 上述方案中，所述子孔徑劃分模塊對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃 分包括：
[0029] 所述子孔徑劃分模塊按照相鄰子孔徑間存在一個burst的數據重疊的方式對每 個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分。
[0030] 上述方案中，所述相位誤差拼接模塊分別對每個子孔徑進行相位誤差估計包括：
[0031] 所述相位誤差拼接模塊分別去除每個子孔徑中的空白數據部分，提取出每個子孔 徑中的burst數據進行拼接；
[0032] 對拼接後的數據利用PGA的處理方法進行子孔徑相位梯度估計；
[0033] 對獲得的子孔徑相位梯度進行補零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數據長度的 相位誤差。
[0034] 上述方案中，所述相位誤差拼接模塊將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤 差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差包括：
[0035] 所述相位誤差拼接模塊利用同一測繪帶的子孔徑重疊特性實現子孔徑相位誤差 的拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差。
[0036] 本發明實施例所提供的高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法和裝置，對每 個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分；分別對每個子孔徑進行相位誤差估計，獲得 每個子孔徑的相位誤差；將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪 帶全孔徑相位誤差；根據獲得子測繪帶全孔徑相位誤差對每個子測繪帶的ScanSAR數據進 行全孔徑相位誤差校正並進行方位向壓縮。如此，能夠實現在ScanSAR模式下進行全孔徑 處理的自聚焦技術，提高圖像質量；並且，能對ScanSAR全孔徑處理的PGA算法的相關處理 算法的性能進行驗證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發明實施例高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法流程示意圖；
[0038] 圖2為本發明實施例ScanSAR與條帶SAR模式數據結構差異示意圖；
[0039] 圖3為本發明實施例子孔徑劃分方法示意圖；
[0040] 圖4為本發明實施例ScanSAR數據的子孔徑相位誤差估計流程圖；
[0041] 圖5為本發明實施例burst拼接方法示意圖；
[0042] 圖6為本發明實施例實測ScanSAR數據處理獲得的結果圖；
[0043] 圖7為本發明實施例對A、B、C區域進行放大後的結果圖；
[0044] 圖8為本發明實施例圖7-C1、7-C2中圓圈點目標的剖面圖；
[0045] 圖9為本發明實施例高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦裝置結構示意圖。具體實 施方式
[0046] 基於上述的單個Burst處理算法，還有一種常用的全孔徑處理算法，該算法雖然 效率不高，但是該方法保護了數據的相位信息，同時可以產生與條帶SAR圖像相同的幾何 特性和頻譜特性。基於此優點，採用全孔徑處理方法處理往往比burst處理更方便。
[0047] 本發明實施例中，採用全孔徑處理的自聚焦技術對ScanSAR數據進行處理，先對 每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分；分別對每個子孔徑進行相位誤差估計， 獲得每個子孔徑的相位誤差；再將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲 得子測繪帶全孔徑相位誤差；最後根據獲得子測繪帶全孔徑相位誤差對每個子測繪帶的 ScanSAR數據進行全孔徑相位誤差校正並進行方位向壓縮。
[0048] 實際應用中，完整的ScanSAR圖像中包括多個子測繪帶，上述過程是針對一個子 測繪帶的處理，對於每個子測繪帶的ScanSAR數據，需分別按上述過程進行處理，以完成對 完整的ScanSAR圖像的數據的全孔徑處理。
[0049] 其中，所述ScanSAR數據為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數據。
[0050] 所述對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分包括：按照相鄰子孔徑間存 在一個burst的數據重疊的方式，對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分。
[0051] 所述分別對每個子孔徑進行相位誤差估計包括：分別去除每個子孔徑中的空白數 據部分，提取出每個子孔徑中的burst數據進行拼接；對拼接後的數據利用PGA的處理方法 進行子孔徑相位梯度估計；對獲得的子孔徑相位梯度進行補零和積分處理，獲得與原子孔 徑相同數據長度的相位誤差。
[0052] 所述將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相 位誤差包括：利用同一測繪帶的子孔徑重疊特性實現子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測繪 帶全孔徑相位誤差。
[0053] 這裡，所述拼接為將計算出的每個子孔徑的相位誤差組合為子測繪帶的全孔徑相 位誤差；由於子孔徑之間的重疊的部分有著相同的相位誤差，因此可以根據子孔徑的重疊 特性實現相位誤差的拼接。
[0054] 下面結合附圖及具體實施例，對本發明實施例的技術方案實現作進一步的詳細描 述。
[0055] 圖1為本發明實施例高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法流程示意圖，如 圖1所示，本發明實施例高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法包括以下步驟：
[0056] 步驟101 :對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分；
[0057] 其中，所述ScanSAR數據為距離向壓縮而方位向未壓縮的ScanSAR數據。
[0058] 所述每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分包括：按照相鄰子孔徑間存在 一個burst的數據重疊的方式對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分。
[0059] 具體的，ScanSAR數據結構不同於其他模式的SAR數據結構，圖2為本發明實施例 ScanSAR數據結構與條帶SAR數據結構差異示意圖，其中，ScanSAR數據中存在周期性的空 白數據。本發明實施例中採用全孔徑處理方法對ScanSAR數據burst數據間的空白數據進 行補零處理，如圖2所示，構成條帶SAR數據。位於t =、處的點目標回波信號可以表示 為：
[0060]
【權利要求】
1. 一種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦處理方法，其特徵在於，所述方法包括： 對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分； 分別對每個子孔徑進行相位誤差估計； 將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差； 對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行全孔徑相位誤差校正和方位向壓縮。
2. 根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述ScanSAR數據為距離向壓縮而方位向未 壓縮的ScanSAR數據。
3. 根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子 孔徑劃分包括： 按照相鄰子孔徑間存在一個burst的數據重疊的方式對每個子測繪帶的ScanSAR數據 進行子孔徑劃分。
4. 根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述分別對每個子孔徑進行相位誤差估計 包括： 分別去除每個子孔徑中的空白數據部分，提取出每個子孔徑中的burst數據進行拼 接； 對拼接後的數據利用PGA的處理方法進行子孔徑相位梯度估計； 對獲得的子孔徑相位梯度進行補零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數據長度的相位 誤差。
5. 根據權利要求1所述方法，其特徵在於，所述將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行 相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差包括： 利用同一測繪帶的子孔徑重疊特性實現子孔徑相位誤差的拼接，獲得子測繪帶全孔徑 相位誤差。
6. -種高解析度掃描合成孔徑雷達自聚焦裝置，其特徵在於，所述裝置包括子孔徑劃 分模塊、相位誤差估計模塊、相位誤差拼接模塊、誤差校正壓縮模塊，其中， 所述子孔徑劃分模塊，用於對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分； 所述相位誤差估計模塊，用於分別對每個子孔徑進行相位誤差估計； 所述相位誤差拼接模塊，用於將獲得的每個子孔徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲 得子測繪帶全孔徑相位誤差； 所述誤差校正壓縮模塊，用於對每個子測繪帶的ScanSAR數據進行全孔徑相位誤差校 正和方位向壓縮。
7. 根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述子孔徑劃分模塊對每個子測繪帶的 ScanSAR數據進行子孔徑劃分包括： 所述子孔徑劃分模塊按照相鄰子孔徑間存在一個burst的數據重疊的方式對每個子 測繪帶的ScanSAR數據進行子孔徑劃分。
8. 根據權利要求6所述裝置，其特徵在於，所述相位誤差拼接模塊分別對每個子孔徑 進行相位誤差估計包括： 所述相位誤差拼接模塊分別去除每個子孔徑中的空白數據部分，提取出每個子孔徑中 的burst數據進行拼接； 對拼接後的數據利用PGA的處理方法進行子孔徑相位梯度估計； 對獲得的子孔徑相位梯度進行補零和積分處理，獲得與原子孔徑相同數據長度的相位 誤差。
9.根據權利要求6所述裝置，其特徵在於，所述相位誤差拼接模塊將獲得的每個子孔 徑的相位誤差進行相位誤差拼接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差包括： 所述相位誤差拼接模塊利用同一測繪帶的子孔徑重疊特性實現子孔徑相位誤差的拼 接，獲得子測繪帶全孔徑相位誤差。
【文檔編號】G01S13/90GK104049254SQ201410271270
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】李寧, 王宇, 鄧雲凱, 張志敏, 龔小冬, 劉亞波 申請人:中國科學院電子學研究所