一種步進(jìn)頻SAR數(shù)據(jù)補(bǔ)償方法*

邢 濤，李 軍，馮 亮，高文權(quán)

（北京無(wú)線電測(cè)量研究所，北京 100854）

0 引言

步進(jìn)頻雷達(dá)通過(guò)多個(gè)子頻帶步進(jìn)得到距離大帶寬[1-3]，進(jìn)而得到高的距離分辨率。合成孔徑雷達(dá)(SAR)通過(guò)聚束得到方位大帶寬，進(jìn)而得到高的方位分辨率。把步進(jìn)頻與聚束結(jié)合，就得到同時(shí)具有高的距離分辨率和方位分辨率的步進(jìn)頻SAR。步進(jìn)頻的數(shù)據(jù)處理，既要進(jìn)行步進(jìn)頻信號(hào)的頻帶合成，又要進(jìn)行的方位脈壓。在步進(jìn)頻中，雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致不同頻點(diǎn)間斜距存在差異，主要表現(xiàn)為方位的偏移[4-7]，拼接前需要校正偏移量，或者說(shuō)補(bǔ)償各子帶在方位的偏移，進(jìn)而才能進(jìn)行準(zhǔn)確的頻帶拼接，獲取高的距離分辨率以及好的方位聚集性能。

在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中，存在各種各樣的誤差，同時(shí)，也產(chǎn)生各種處理方法[2—10]。文獻(xiàn)[5]指出，步進(jìn)頻SAR數(shù)據(jù)處理時(shí)，先各子頻帶分別成像，得到距離維粗分辨率、方位維高分辨率子圖像，然后再拼接得到二維高分辨率SAR圖像。本文采用文獻(xiàn)[5]的處理模式，先各頻點(diǎn)成像，然后再拼接。在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理中發(fā)現(xiàn)，各子圖像在方位存在較嚴(yán)重的散焦現(xiàn)象。散焦的原因很多，可能有運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償不到位、慣導(dǎo)精度不夠、系統(tǒng)某些固有誤差測(cè)量及補(bǔ)償不夠充分等等，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上為聚焦不好。

對(duì)于單個(gè)圖像，散焦可通過(guò)自聚焦來(lái)改善。對(duì)于步進(jìn)頻SAR，子圖像各自自聚焦不可行，因?yàn)樽跃劢构烙?jì)的相位是隨機(jī)的，引入的補(bǔ)償相位會(huì)破壞子圖像間相參性，影響距離維拼接。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)圖像進(jìn)行自聚焦，估計(jì)相位誤差。對(duì)于其他頻點(diǎn)，根據(jù)先前估計(jì)的相位誤差進(jìn)行計(jì)算，得到各自對(duì)應(yīng)的相位誤差，再對(duì)子圖像逐個(gè)進(jìn)行相位補(bǔ)償。本文方法只需對(duì)一個(gè)頻點(diǎn)的子圖像進(jìn)行相位誤差估計(jì)，處理效率較高，同時(shí)不改變頻點(diǎn)間距離維的相位關(guān)系，不對(duì)距離維拼接產(chǎn)生影響，可為步進(jìn)頻SAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理提供參考。

1 理想情況下子圖像拼接仿真

進(jìn)行步進(jìn)頻聚束SAR仿真，不考慮運(yùn)動(dòng)誤差、系統(tǒng)誤差等非理想因素，先各頻點(diǎn)單獨(dú)成像，再步進(jìn)頻合成高分辨SAR圖像。參數(shù)如表1所示。仿真結(jié)果如圖1所示。

圖1 仿真結(jié)果

表1 仿真參數(shù)

仿真結(jié)果表明，先對(duì)單個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行成像處理，得到粗距離分辨率子圖像，再進(jìn)行頻帶合成，將得到理想的二維高分辨SAR圖像。

2 子圖像相位誤差補(bǔ)償

2.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)子圖像方位散焦

實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)也為5個(gè)頻點(diǎn)步進(jìn)頻，頻點(diǎn)1、頻點(diǎn)3、頻點(diǎn)5子圖像分別如圖2-圖4所示，在方位存在散焦。

圖2 頻點(diǎn)1處理結(jié)果

2.2 子圖像方位相位誤差提取與計(jì)算

以頻點(diǎn)3的子圖像作為參考子圖像，估計(jì)參考子圖像的相位誤差，如圖5所示。

圖5(a)為解纏繞前的相位誤差，圖5(b)為解纏繞后的相位誤差。依據(jù)該相位誤差對(duì)參考子圖像進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償方式為:

式中，?ref表示參考子圖像的相位誤差，如圖5所示。sref_before表示補(bǔ)償前的參考子圖像，如圖3(a)所示。sref_after表示補(bǔ)償后的參考子圖像，如圖3(b)所示。

圖3 頻點(diǎn)3處理結(jié)果

圖5 參考子圖像相位誤差

令參考子圖像對(duì)應(yīng)的步進(jìn)頻中心頻率為fc_ref，某個(gè)需要補(bǔ)償?shù)淖訄D像步進(jìn)頻中心頻點(diǎn)為f c，則該子圖像相位誤差為：

按照式（2），通過(guò)計(jì)算依次得到參考子圖像外的其它所有子圖像相位誤差。

2.3 子圖像補(bǔ)償

在得到子圖像的相位誤差?后，該子圖像補(bǔ)償方式為:

式中，sbefore對(duì)應(yīng)補(bǔ)償前的子圖像，分別為圖2(a)、圖4(a)所示。safter對(duì)應(yīng)補(bǔ)償后的子圖像，分別為圖2(b)、圖4(b)所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，子圖像1和5在補(bǔ)償后，聚焦效果有了明顯的改善。

3 子圖像拼接

3.1 子圖像補(bǔ)償前后拼接對(duì)比

相位誤差補(bǔ)償前后，子圖像拼接結(jié)果如圖6所示。

圖6 頻帶拼接結(jié)果

圖6表明，經(jīng)過(guò)相位補(bǔ)償，拼接后的圖像聚焦有了明顯改善。

3.2 拼接結(jié)果與指標(biāo)分析

成像區(qū)域如圖7所示。其中標(biāo)號(hào)1、2、3為3個(gè)孤立角反射器，標(biāo)號(hào)4為角反十字，用于分辨率目視驗(yàn)證。

圖7 成像區(qū)域

標(biāo)號(hào)1為圖6所示角反，標(biāo)號(hào)2-4角反如圖8所示。

根據(jù)圖8(c)，角反組目視可分辨。典型目標(biāo)高壓線塔SAR圖像如圖9所示。角反指標(biāo)如表1所示。

圖8 角反區(qū)域

圖9 目標(biāo)圖像

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理中步進(jìn)頻子圖像散焦問(wèn)題，本文方法先估計(jì)一個(gè)子圖像相位誤差，然后根據(jù)子圖像中心頻率計(jì)算其它子圖像相位誤差，最后利用得到的相位誤差對(duì)子圖像進(jìn)行補(bǔ)償。該方法只對(duì)單個(gè)子圖像進(jìn)行相位誤差估計(jì)，效率較高，同時(shí)沒(méi)有各子圖像分別估計(jì)相位誤差引入的子圖像間相位關(guān)系的不確定性。文中給出的實(shí)例說(shuō)明了該方法的有效性?！?/p>

表2 角反指標(biāo)