一种用于条带式合成孔径雷达图像的自聚焦方法

摘要

本发明公布了一种用于条带式合成孔径雷达图像的自聚焦方法，属于SAR图像的自聚焦方法。本发明将相位梯度自聚焦PGA算法和子孔径相关MD算法结合应用于条带式合成孔径雷达SAR图像自聚焦中的算法PGA-MD，采用PGA算法对各子图进行自聚焦处理，得到高精度的子孔径相位误差函数，再利用相邻子图间方位向偏移量和线性相位之间的关系，运用MD算法计算子孔径相位误差函数间的线性相位差来实现相位拼接，完成对条带式SAR图像的自聚焦处理。本发明利用MD算法替代传统基于二阶导数进行子孔径相位误差函数拼接的过程，提高对条带式SAR图像的自聚焦效果。

主权项

1.一种用于条带式合成孔径雷达图像的自聚焦方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：恢复条带式SAR图像方位向数据，并分子孔径成像将条带式SAR图像在方位向和公式(1)所示的参考线性调频信号进行卷积，恢复SAR图像方位向数据：m∈[0，m₀-1]            (1)式(1)中，exp(·)代表指数运算；j代表为复数的虚部，即γ为调频斜率；m₀为SAR图像方位向脉冲数；将恢复后的SAR图像方位向数据分子孔径后分别乘以移位后的参考线性调频信号的共轭：n∈[0，n₀-1]                    (2)式(2)中，n₀为子孔径的长度；对各子孔径分别进行方位向傅里叶变换FFT，得到与子孔径对应的子图；第二步：将第一步所述的子图逐幅进行PGA自聚焦处理，得到自聚焦后的子图和子孔径相位误差函数的一阶导数；第三步：利用MD算法估计子孔径相位误差函数间的线性相位差，实现基于子孔径相位误差函数的一阶导数的相位拼接，得到补偿相位函数一阶导数；其中，第三步所述的基于子孔径相位误差函数的一阶导数的相位拼接方法如下：采用改进PCA算法，等价于利用相邻两幅子图相位误差函数梯度值的差作为未知线性相位差的估计值，即：其中，为第i幅子图相位误差的梯度值，m_(i-1)i为第i-1幅和第i幅子图的某一复用脉冲位置，即所选取的拼接点；第i幅子图和第一幅子图的线性相位差估计值为：∑代表求和运算；基于子孔径相位误差函数的二阶导数的相位进行拼接，得到对应第i段子孔径的相位误差梯度值为：m∈[0，m₀-1]                    (6)其中，rect_i(.)为矩形窗函数，即只有对应属于第i段子孔径的脉冲位置处为1，其它位置为0；m₀为SAR图像方位向脉冲数，在高信噪比条件下，各子孔径内PGA算法估计的相位误差梯度值均为无偏估计，即：E[.]表示求期望；为相位误差梯度值的理论真实值；Δ_1i为线性相位差；结合公式(6)，得到实现子孔径相位误差函数拼接后，相位误差梯度值的期望：利用公式(4)(5)，得：将公式(9)结果带入公式(8)，得：基于子孔径相位误差函数的二阶导数的相位拼接所得到的第i幅子图和第一幅子图的线性相位差估计值和对应第i段子孔径的相位误差梯度值(m)均为无偏估计；第i幅子图相位误差的梯度值的克拉默劳界限CRLB为：其中N_r为用于PGA算法估计的距离门数，β指加窗后图像在距离多普勒域的信噪比；通过公式(4)和(5)，当子孔径数为p时，计算子孔径相位误差函数拼接所引起的积累误差的标准差为：所以结合公式(6)，得到对应第p段子孔径的相位误差梯度值为的标准差为：其中，var[·]表示求方差，相邻子图间在无线性相位差时，仍然存在固定的方位向偏移：δ₀＝γ·l²                          (14)其中，γ为调频斜率；l为相邻子孔径间的起始脉冲位置差，即：l＝n₀-n_re                            (15)这里，n₀为子孔径长度；n_re为相邻子孔径间复用脉冲数；利用MD算法估计相邻子图间的方位向偏移量结合公式(14)和公式(15)，计算相邻子图间的线性相位差估计值：根据公式(5)，得到第i幅子图相对于第一幅子图的线性相位差估计值为：所述i＝2，3......p，p为大于2的自然数，上标PCA表示采用改进PCA算法估计，上标MD表示采用MD算法估计；第四步：通过一次积分第三步所述的补偿相位函数一阶导数得到补偿相位函数，并对该条带式SAR图像进行相位补偿。