超高分辨率星載SAR系統(tǒng)多子帶信號(hào)處理技術(shù)研究

匡 輝 于海鋒 高賀利 劉 磊 劉 杰 張潤(rùn)寧

（中國(guó)空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部，北京 100094）

1 引言

星載合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一種主動(dòng)式微波對(duì)地成像系統(tǒng)，其具有全天時(shí)、全天候的工作能力，在軍事和民用方面均得到了廣泛應(yīng)用［1-3］。分辨率是星載SAR 系統(tǒng)的核心指標(biāo)，分辨率越高，其精確描述目標(biāo)的能力越強(qiáng)，越有助于目標(biāo)特性的提取與解譯。根據(jù)美國(guó)NIIRS（國(guó)家圖像解譯等級(jí)量表）給出的結(jié)果，當(dāng)分辨率達(dá)到0.1 m時(shí)，SAR系統(tǒng)可以獲得接近光學(xué)的圖像效果，對(duì)車(chē)輛、飛機(jī)等小型目標(biāo)的確認(rèn)率達(dá)到100%，描述率達(dá)到85%，為此世界各航天大國(guó)正在大力發(fā)展超高分辨率星載SAR系統(tǒng)，以提升航天系統(tǒng)偵察能力。美國(guó)的“長(zhǎng)曲棍球”（Lacrosse）是世界上首次達(dá)到0.3 m 分辨率的SAR衛(wèi)星，作為其換代系統(tǒng)的FIA（Future Imagery Architecture Radar，F(xiàn)IA-Radar）的最高分辨率則優(yōu)于0.3 m。德國(guó)TerraSAR-X 的“Wrapped Staring Spotlight”試驗(yàn)?zāi)Ｊ椒轿幌蚍直媛首罡哌_(dá)到8.3 cm［3］。HRWS（High-Resolution Wide-Swath）是德國(guó)正在論證的下一代SAR 成像衛(wèi)星，其二維分辨率則優(yōu)于0.25 m。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的星載SAR 系統(tǒng)將具備更高的分辨率，以滿足日益增長(zhǎng)的高分辨率觀測(cè)需求。

但為實(shí)現(xiàn)超高距離向分辨率，需要星載SAR 系統(tǒng)具備超大帶寬信號(hào)發(fā)射和接收能力，如為實(shí)現(xiàn)0.1 m 分辨率，系統(tǒng)信號(hào)帶寬超過(guò)3 GHz，受限于現(xiàn)有的器件水平，發(fā)射、接收和處理如此大帶寬信號(hào)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)極大困難。因此，常用的方法為發(fā)射多個(gè)不同載頻的子帶信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的方法將各個(gè)子帶信號(hào)進(jìn)行拼接合成，即多子帶拼接技術(shù)，從而得到大帶寬信號(hào)，獲得距離向高分辨圖像。多子帶拼接技術(shù)在機(jī)載SAR 系統(tǒng)中已得到了充分驗(yàn)證，如法國(guó)的RAMSES 系統(tǒng)利用5 個(gè)子帶進(jìn)行拼接可得到1.2 GHz 的寬帶信號(hào)［4］，德國(guó)的PAMIR 系統(tǒng)則合成得到3.6 GHz 的寬帶信號(hào)［5］，國(guó)內(nèi)中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所研制的多子帶機(jī)載SAR 系統(tǒng)也獲得了3.6 GHz 寬帶信號(hào)，距離向分辨率達(dá)到4.17 cm［6］。在星載SAR 系統(tǒng)方面，加拿大的RadarSAT-2 利用雙子帶合成了100 MHz 的C 波段圖像。

多子帶拼接技術(shù)降低了硬件系統(tǒng)的復(fù)雜度，但增加了處理的難度。同時(shí)，采用多子帶信號(hào)合成高質(zhì)量大帶寬信號(hào)需要有兩個(gè)前提，一是，各子帶內(nèi)的幅度和相位誤差較?。欢?，各子帶間具有較好的時(shí)延、幅度和相位一致性。但對(duì)于超高分辨率星載SAR 系統(tǒng)，多子帶信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的發(fā)射通道、接收通道等硬件系統(tǒng)，同時(shí)不同頻點(diǎn)的子帶信號(hào)在大氣傳播中的傳輸特性也不一致，其不僅導(dǎo)致子帶內(nèi)存在幅度和相位誤差，各子帶間也存在較大的時(shí)延、幅度和相位不一致誤差，子帶內(nèi)和子帶間的誤差均影響多子帶合成后的信號(hào)質(zhì)量，從而影響成像質(zhì)量。

針對(duì)子帶內(nèi)和子帶間誤差估計(jì)與補(bǔ)償問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)展了廣泛研究。文獻(xiàn)［6］針對(duì)機(jī)載SAR 系統(tǒng)，提出一種采用基于回歸和統(tǒng)計(jì)學(xué)的信號(hào)預(yù)失真方案補(bǔ)償子帶內(nèi)的誤差，在此基礎(chǔ)上將子帶間的誤差轉(zhuǎn)化為多變量的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，并進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)［7］提出利用相鄰子帶間的重疊頻譜進(jìn)行誤差估計(jì)，實(shí)現(xiàn)子帶間的幅相誤差和延時(shí)誤差的提取，同時(shí)通過(guò)對(duì)各子帶回波進(jìn)行加窗處理以消除因子帶重疊引起的成對(duì)回波。文獻(xiàn)［8］提出一種利用內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行子帶間幅度、相位和時(shí)延誤差估計(jì)與校正的方法。文獻(xiàn)［9］提出了一種基于相位梯度自聚焦的方法估計(jì)子帶內(nèi)和子帶間的誤差。但上述方法主要針對(duì)機(jī)載SAR 系統(tǒng)，且主要基于內(nèi)定標(biāo)信號(hào)提取由硬件系統(tǒng)鏈路引起的誤差，對(duì)于星載SAR 系統(tǒng)，其信號(hào)傳輸鏈路復(fù)雜，如電離層、對(duì)流層誤差也會(huì)引入子帶內(nèi)和子帶間的幅相和時(shí)延誤差，上述方法難以完全實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償。對(duì)于星載多子帶SAR 系統(tǒng)，文獻(xiàn)［10］分析了子帶間誤差對(duì)多子帶頻譜合成的影響，但并未給出誤差估計(jì)與補(bǔ)償方法。文獻(xiàn)［11］針對(duì)MIMO SAR 系統(tǒng)步進(jìn)正負(fù)調(diào)頻信號(hào)子帶間合成方法進(jìn)行了研究，指出寬帶合成前必須對(duì)相位中心的位置差異進(jìn)行校正，但未分析由系統(tǒng)引入的子帶間和子帶內(nèi)誤差對(duì)信號(hào)合成的影響。

本文針對(duì)超高分辨率星載SAR 系統(tǒng)，開(kāi)展了多子帶信號(hào)處理技術(shù)研究。首先，建立了星載多子帶SAR 系統(tǒng)模型，提出了先進(jìn)行單子帶二維成像，再進(jìn)行多子帶信號(hào)拼接的成像處理策略，進(jìn)而建立了多子帶信號(hào)誤差模型；在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于各子帶強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的誤差估計(jì)與補(bǔ)償方法，其包括基于質(zhì)量PGA（Quality PGA，QPGA）準(zhǔn)則的強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取、基于PGA 的子帶內(nèi)誤差估計(jì)、子帶間誤差估計(jì)與誤差補(bǔ)償和頻譜合成四個(gè)步驟。最后，通過(guò)理論仿真數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性。

2 星載多子帶SAR系統(tǒng)信號(hào)建模與分析

2.1 星載多子帶SAR系統(tǒng)建模

多子帶SAR 系統(tǒng)主要采用大帶寬信號(hào)發(fā)射、多子帶信號(hào)接收和多子帶信號(hào)發(fā)射、多子帶信號(hào)接收兩種實(shí)現(xiàn)方式，其中第二種方式又包括子帶并發(fā)、脈內(nèi)多子帶串發(fā)和脈間多子帶串發(fā)三種方式［10］。本文以脈間三子帶串發(fā)和接收為例進(jìn)行信號(hào)建模與分析，其信號(hào)發(fā)射與接收示意圖如圖1所示，其中為了降低距離模糊，相鄰子帶間的頻譜不能有重疊，因此子帶發(fā)射順序?yàn)椋鹤訋?-子帶3-子帶2。此外，對(duì)于星載SAR 系統(tǒng)，由于星地距離的雙程延遲時(shí)間超過(guò)發(fā)射脈沖間隔（Pulse Repetition Interval，PRI），因此接收信號(hào)的子帶序號(hào)并不一定與發(fā)射子帶序號(hào)對(duì)應(yīng)，在設(shè)計(jì)接收通道時(shí)序時(shí)需要予以考慮。

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射的是線性調(diào)頻信號(hào)，對(duì)于不存在誤差的理想系統(tǒng)，目標(biāo)點(diǎn)P的第k(k=1，…，K)個(gè)子帶去除載頻變換到基帶后的回波信號(hào)為

其中，σ0和φ0分別為目標(biāo)點(diǎn)的散射系數(shù)和相位，K為子帶個(gè)數(shù)，t和τ分別為方位向慢時(shí)間和距離向快時(shí)間，Tp為發(fā)射信號(hào)脈寬，b為發(fā)射信號(hào)調(diào)頻率，fc，k為第k個(gè)子帶的中心頻率，Δtk為第k個(gè)子帶相對(duì)于第1 個(gè)子帶的固定脈沖發(fā)射時(shí)延，對(duì)于本文中的脈間多子帶串發(fā)方式，其為PRI 的整數(shù)倍，R(t+Δtk)為第k個(gè)子帶脈沖信號(hào)發(fā)射時(shí)衛(wèi)星天線相位中心與目標(biāo)點(diǎn)P間的斜距，此處假設(shè)衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)時(shí)位置相同。

2.2 星載多子帶SAR系統(tǒng)信號(hào)處理策略研究

通過(guò)距離向傅里葉變換（FFT），將子帶回波信號(hào)變換到距離頻域，基于駐定相位原理，可得到子帶距離頻域信號(hào)為

其中，B為各子帶發(fā)射信號(hào)帶寬。

由文獻(xiàn)［10］可知，對(duì)公式（2）中的各子帶頻譜經(jīng)過(guò)脈沖壓縮、時(shí)域?qū)R、頻譜搬移、相位補(bǔ)償和頻譜疊加后可得到多子帶信號(hào)合成后的頻譜，再進(jìn)行二維成像處理即可得到高分辨率SAR 圖像。但該方法未考慮不同脈間串發(fā)時(shí)衛(wèi)星位置的變化，即未考慮R(t+Δtk)的變化。對(duì)于超高分辨率寬覆蓋星載SAR 系統(tǒng)，R(t+Δtk)不僅隨方位時(shí)間變化，還隨目標(biāo)點(diǎn)在場(chǎng)景中的位置變化，即同時(shí)具有時(shí)變性和空變性，因此在距離頻域難以完全補(bǔ)償R(t+Δtk)，從而影響頻譜拼接的精度，影響成像質(zhì)量。

此外，對(duì)于超高分辨率星載SAR 系統(tǒng)，電離層、對(duì)流層等對(duì)各子帶信號(hào)的影響不可忽略，采用先子帶拼接再進(jìn)行二維成像處理的方式，需要較高精度的電離層數(shù)據(jù)，且處理難度大。

為此，針對(duì)高分辨星載SAR 系統(tǒng)，本文提出采用先進(jìn)行單子帶二維成像處理，再進(jìn)行距離向多子帶頻譜拼接的處理策略，獲取超高分辨率二維SAR 圖像，圖2 給出了處理策略流程圖。在進(jìn)行單子帶二維成像處理時(shí)，若有內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)，同樣可以基于內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)采用下文的子帶內(nèi)和子帶間誤差估計(jì)方法提取由硬件系統(tǒng)引起的系統(tǒng)誤差，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償。同時(shí)，采用該處理策略，需要單子帶二維成像處理算法具有保相性。

2.3 星載多子帶SAR系統(tǒng)信號(hào)誤差建模與分析

假設(shè)各子帶數(shù)據(jù)已完成了二維成像處理，但仍存在由硬件系統(tǒng)及傳輸鏈路等引起的子帶內(nèi)和子帶間誤差，則成像壓縮后目標(biāo)點(diǎn)P在第k個(gè)子帶成像后的數(shù)據(jù)在距離頻域的表達(dá)式為

其中，R0和t0分別為目標(biāo)點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的最近斜距和方位時(shí)間，v為天線波束地面速度，ρa(bǔ)為方位向分辨率，Hch，k(fτ)和Hin，k(fτ)分別為第k個(gè)子帶內(nèi)和子帶間非理想特性，其表達(dá)式分別如下

其中，Ach，k(fτ)和Φch，k(fτ)分別為第k個(gè)子帶內(nèi)的歸一化幅度特性和高階相位特性，Ain，k、φin，k和τin，k分別為第k個(gè)子帶的常數(shù)幅度、相位和時(shí)延。

子帶內(nèi)的幅度和相位誤差會(huì)造成單子帶圖像壓縮不理想，其中子帶內(nèi)的相位誤差，尤其是二次相位誤差會(huì)導(dǎo)致距離向散焦，但當(dāng)二次相位誤差在45°以內(nèi)時(shí)，其對(duì)分辨率展寬小于2%。對(duì)于多子帶系統(tǒng)，子帶間的幅度、時(shí)延和相位不一致誤差對(duì)成像質(zhì)量的影響更為突出。子帶間的時(shí)延誤差會(huì)導(dǎo)致各子帶信號(hào)壓縮位置不一致，當(dāng)該位置誤差大于一個(gè)距離門(mén)寬度時(shí)將使得圖像中的目標(biāo)分裂為多個(gè)不同目標(biāo)。子帶間的相位誤差會(huì)導(dǎo)致各子帶頻譜相位不一致，即頻譜間失相干，影響頻譜合成后的聚焦質(zhì)量。同理，子帶間的幅度誤差導(dǎo)致各子帶頻譜幅度不一致，即各子帶頻譜進(jìn)行了不同的幅度加權(quán)，也會(huì)影響頻譜合成后的聚焦質(zhì)量。

下面以子帶間常數(shù)相位誤差為例，仿真分析其對(duì)成像結(jié)果的影響。仿真參數(shù)如表1 所示，其中子帶2 的相位誤差固定為0°，子帶1 和子帶3 分別添加-45°到45°的相位誤差。

表1 仿真參數(shù)Tab.1 Simulation parameters

圖3給出了無(wú)相位誤差和有相位誤差的壓縮波形對(duì)比結(jié)果，其中子帶1 相位誤差為45°，子帶3 相位誤差為-45°。從圖3（b）中可以看出，有誤差時(shí)壓縮波形畸變嚴(yán)重，旁瓣明顯抬高。

圖4 給出了不同誤差組合情況下，峰值旁瓣比和積分旁瓣比的定量化評(píng)估結(jié)果，從圖中可以看出，隨著相位誤差的增大，峰值旁瓣比從理想的-13 dB惡化到-5.5 dB，積分旁瓣比從理想的-10 dB 惡化到-3 dB，嚴(yán)重影響了圖像質(zhì)量，且兩者的惡化趨勢(shì)一致。

基于上述分析可知，子帶內(nèi)和子帶間的誤差對(duì)多子帶合成的影響不可忽略。因此，為實(shí)現(xiàn)多子帶信號(hào)的有效合成，需要對(duì)子帶內(nèi)和子帶間的誤差進(jìn)行估計(jì)并補(bǔ)償。

3 星載SAR 系統(tǒng)多子帶信號(hào)誤差估計(jì)與補(bǔ)償方法

基于上文的信號(hào)模型，本文針對(duì)多子帶星載SAR 系統(tǒng)中的子帶內(nèi)幅度和相位誤差、子帶間的時(shí)延、幅度和相位誤差，提出采用基于子帶成像數(shù)據(jù)中強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)的誤差估計(jì)方法，并在頻域完成誤差補(bǔ)償和頻譜合成，可獲取距離向超高分辨率SAR 圖像，其流程圖如圖5 所示，包括強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取、子帶內(nèi)誤差估計(jì)、子帶間誤差估計(jì)和誤差補(bǔ)償與頻譜合成四個(gè)步驟，下面對(duì)各個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)與說(shuō)明。

3.1 強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取方法

將各單子帶的二維圖像變換到距離頻域，基于質(zhì)量PGA（Quality PGA，QPGA）準(zhǔn)則［9］判斷具有獨(dú)立強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)所在的行，判斷準(zhǔn)則為

其中，φi，j(fτ)表示第i行的第j個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相位，V(·)和E(·)分別表示方差和均值運(yùn)算，Qi的值越小則表示該行數(shù)據(jù)包含強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)的概率越大。實(shí)際處理中，可以將Qi小于某一門(mén)限值的所在行的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，并將數(shù)據(jù)變換到距離時(shí)域。

在此基礎(chǔ)上，可得到各行強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)所在的位置，即各行幅度最大值位置，并以該位置為中心加矩形窗，從而減少其他弱目標(biāo)信號(hào)對(duì)誤差估計(jì)的影響。

3.2 子帶內(nèi)誤差估計(jì)方法

基于上文提取的強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用PGA 方法進(jìn)行子帶內(nèi)幅度和相位誤差估計(jì)。第k個(gè)子帶中第n(n=1，…，N)個(gè)強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)定義為sk(n，τ)，其中τ為距離向時(shí)間變量，K為子帶個(gè)數(shù)，N為選取的強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

首先，將sk(n，τ)進(jìn)行時(shí)域插值，并提取強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)相對(duì)于距離向第一個(gè)像素單元的相對(duì)時(shí)延，其中第k個(gè)子帶中第n個(gè)強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)的相對(duì)時(shí)延為Δτk，n；其次，將sk(n，τ)變換到距離頻域得到Sk(n，fτ)，為了消除一次相位對(duì)子帶內(nèi)相位誤差估計(jì)的影響，將Sk(n，fτ)與以下濾波器相乘得到。

其中，fc，k表示第k個(gè)子帶的中心頻率，fτ表示距離向頻率。

其中，Ak(n，fτ)表示幅度歸一化后頻率fτ對(duì)應(yīng)的幅度，B為子帶信號(hào)帶寬。

最后，采用PGA 方法估計(jì)子帶內(nèi)的高階相位誤差。通過(guò)下式，可求得各子帶的相位梯度φk(fτ)。

對(duì)帶寬內(nèi)的相位梯度進(jìn)行積分得到積分相位Φk(fτ)，并將Φk(fτ)減去零頻的相位Φk(0)，即可得到子帶內(nèi)的高階相位誤差為

3.3 子帶間誤差估計(jì)方法

為估計(jì)子帶間的誤差，需要對(duì)子帶內(nèi)的幅度和相位誤差進(jìn)行補(bǔ)償，其可通過(guò)在距離頻域?qū)k(n，fτ)與子帶內(nèi)幅度和相位誤差補(bǔ)償濾波器H2，k(fτ)相乘，得到補(bǔ)償后的信號(hào)。

其中，tmin為第一距離門(mén)對(duì)應(yīng)的雙程時(shí)延。

3.4 多子帶信號(hào)誤差補(bǔ)償方法

基于估計(jì)的子帶內(nèi)幅度、相位誤差和子帶間時(shí)延、幅度、相位誤差，對(duì)多子帶成像數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并在頻域完成頻譜合成，則可獲取距離向超高分辨率SAR圖像，提升圖像質(zhì)量。

首先，將各子帶的二維SAR 圖像數(shù)據(jù)通過(guò)距離向FFT變換到距離頻域，將其與濾波器H2，k(fτ)相乘實(shí)現(xiàn)子帶內(nèi)幅度和相位誤差的補(bǔ)償。

進(jìn)一步，將其與濾波器H3，k(fτ)相乘實(shí)現(xiàn)子帶間幅度、相位和時(shí)延誤差補(bǔ)償，得到各子帶誤差補(bǔ)償后的信號(hào)SSk(t，fτ)。

最后，對(duì)誤差補(bǔ)償后的各子帶距離向頻譜進(jìn)行搬移與合成可獲取大帶寬信號(hào)，其原理圖如圖6所示。將距離頻譜范圍擴(kuò)充，使其大于多個(gè)子帶信號(hào)的總帶寬，并將各子帶有效帶寬內(nèi)的距離頻域剪切并搬移到距離頻域中，第k子帶的搬移量為

其中，fc為多子帶合成信號(hào)的中心頻點(diǎn)。

此外，為消除因重疊頻譜引起的成對(duì)回波，采用加權(quán)平均方法獲取重疊區(qū)域的頻譜信號(hào)，如下式所示。

其中，fover=(fc，k+1-fc，k) -B為重疊區(qū)域頻譜的寬度，。

將合成后的大帶寬信號(hào)進(jìn)行距離向IFFT，即可得到距離向全分辨率SAR圖像。

4 驗(yàn)證與分析

為了驗(yàn)證本文的方法的有效性，開(kāi)展了理論仿真實(shí)驗(yàn)，仿真系統(tǒng)包含3個(gè)子帶，各子帶的中心頻點(diǎn)及帶寬如表1所示。在仿真中增加了子帶內(nèi)和子帶間的誤差，各子帶內(nèi)的幅度誤差和相位誤差如表2所示，其中各誤差值為有效帶寬（800 MHz）內(nèi)最大值。表3 給出了各子帶相對(duì)于子帶1 的時(shí)延、幅度和相位誤差。仿真中設(shè)置了10個(gè)強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)，其在距離向隨機(jī)分布，幅度在0 dB～20 dB 間隨機(jī)分布，并增加了隨機(jī)相位。

表2 子帶內(nèi)幅度和相位誤差Tab.2 The amplitude and phase errors of inner-subband

表3 子帶間時(shí)延、幅度和相位誤差Tab.3 The time delay，amplitude and phase errors of intersubband

圖7（a）和（b）分別給出了利用本文方法提取的各子帶內(nèi)的幅度誤差和相位誤差以及其理論值，從圖中可以看出估計(jì)值和理論值相吻合，幅度誤差估計(jì)精度優(yōu)于0.1 dB，相位誤差估計(jì)精度優(yōu)于5°。圖8 給出了各子帶進(jìn)行子帶內(nèi)幅度誤差和相位誤差補(bǔ)償前后的結(jié)果，由圖可知，子帶內(nèi)存在幅度和相位誤差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓縮后主瓣展寬和旁瓣抬高，進(jìn)行誤差補(bǔ)償后，壓縮結(jié)果與理想結(jié)果相近，驗(yàn)證了本文子帶內(nèi)幅度和相位誤差提取方法的有效性。

圖9 給出了進(jìn)行子帶內(nèi)和子帶間誤差補(bǔ)償前后的結(jié)果，由圖9（a）可知，不進(jìn)行子帶內(nèi)和子帶間誤差補(bǔ)償，其多子帶頻譜合成壓縮后旁瓣惡化嚴(yán)重；僅補(bǔ)償子帶內(nèi)誤差，不補(bǔ)償子帶間誤差，其結(jié)果仍較差，如圖9（b）所示；僅補(bǔ)償子帶間誤差，不補(bǔ)償子帶內(nèi)誤差，壓縮波形仍存在一定誤差，但目標(biāo)能夠得到較好的壓縮，如圖9（c）所示；同時(shí)補(bǔ)償子帶內(nèi)和子帶間誤差后，多子帶頻譜合成后能夠得到完整壓縮，如圖9（d）所示，圖中還給出了單子帶和三子帶合成后的壓縮結(jié)果對(duì)比，從圖中可以看出，多子帶合成后分辨率得到了顯著提升。

表4 給出了圖9 各壓縮結(jié)果的定量化評(píng)估結(jié)果，包括分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標(biāo)，由結(jié)果可知，補(bǔ)償子帶內(nèi)和子帶間誤差后，多子帶頻譜合成后的信號(hào)得到了完全壓縮，與理論值相符。

表4 誤差補(bǔ)償前后成像結(jié)果對(duì)比Tab.4 The imaging results without and with error compsation

5 結(jié)論

超高分辨率星載SAR 系統(tǒng)需要采用多子帶拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)超大帶寬信號(hào)，但為確保多子帶信號(hào)合成后的成像質(zhì)量，需要對(duì)非理想因素引起的子帶內(nèi)和子帶間誤差進(jìn)行估計(jì)與補(bǔ)償。本文開(kāi)展了超高分辨率星載SAR 系統(tǒng)多子帶信號(hào)處理技術(shù)研究，首先，建立了星載多子帶SAR 系統(tǒng)模型，提出了先進(jìn)行單子帶二維成像，再進(jìn)行多子帶信號(hào)拼接的成像處理策略，進(jìn)而建立了多子帶信號(hào)誤差模型；在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于各子帶強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的誤差估計(jì)與補(bǔ)償方法，其包括基于質(zhì)量PGA 準(zhǔn)則的強(qiáng)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)提取、基于PGA 的子帶內(nèi)誤差估計(jì)、子帶間誤差估計(jì)與誤差補(bǔ)償和頻譜合成四個(gè)步驟。最后，通過(guò)理論仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文方法的有效性。相對(duì)于傳統(tǒng)基于內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)的子帶內(nèi)和子帶間誤差估計(jì)方法，本文方法不僅可以估計(jì)與補(bǔ)償由硬件系統(tǒng)引起的誤差，還可以估計(jì)與補(bǔ)償大氣傳輸鏈路引起的誤差，具有更好的適用性與魯棒性。