一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高分辨率扫描合成孔径雷达(ScanSAR)精确聚焦处理方法，所述方法包括：将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每个二维子孔径进行多普勒调频率误差(DRE)估计；对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计；将所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向误差估计；对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。本发明同时还公开了一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理装置。
【专利说明】一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar)数据处理技术领 域，尤其涉及一种高分辨率扫描合成孔径雷达（ScanSAR，Scanning Synthetic Aperture Radar)精确聚焦处理方法和装置。
【背景技术】
[0002] ScanSAR是一种由多个子测绘带构成的宽测绘带的SAR模式，其原理是以两个或 两个以上子测绘带之间的时间共享来获得超宽测绘带覆盖。ScanSAR成像时，ScanSAR总 的测绘带宽度等于各子测绘带宽度之和。对于每个子测绘带，通常的雷达工作模式为突发 (burst)方式；所谓的burst,是指来自连续发射脉冲的一组连续的脉冲序列。ScanSAR图 像的方位向分辨率只决定于每个burst的持续长度，并且，每个完整的合成孔径长度包含 了若干个burst。对于ScanSAR数据处理，需要对各子测绘带分别进行处理，然后将获得的 处理结果拼接在一起获得完整的宽测绘带ScanSAR处理结果。
[0003] 对于子测绘带数据处理，常规的算法是将每个Burst数据进行单独处理，然后再 拼接得到连续的子测绘带图像。但是，这一数据处理方法中会存在不可避免的相位误差，相 位误差主要是由合成孔径中每个burst存在无法补偿的运动或者未知的传播效应造成的， 以致降低了获得的图像的质量。
[0004] 相位误差主要是由机载运动平台的运动误差或者是星载的轨道误差造成的，相位 误差会降低获得的图像的质量。运动补偿是一种有效的相位误差补偿技术，广泛地应用于 高分辨率SAR成像处理中。目前，许多运动补偿处理技术已经被提出，其中，最为著名的为 针对于聚束SAR处理的相位梯度自聚焦（PGA, Phase Gradient Autofocus)，该算法也被成 功地引入到条带SAR中。但是，由于ScanSAR数据的各个子测绘带中存在着周期性的数据 空白，上述运动补偿技术均无法直接应用于全孔径ScanSAR数据处理算法中。
[0005] 综上所述，如何利用运动补偿技术来实现高分辨率ScanSAR数据的精确聚焦是一 个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明实施例期望提供一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理 方法和装置，能够实现在ScanSAR模式下的ScanSAR的相位误差校正，提高图像质量。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供了一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法，所述方 法包括：
[0009] 将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每个二维子孔径进行 多普勒调频率误差（DRE)估计；
[0010] 对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计；
[0011] 将所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向误差估计；
[0012] 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。
[0013] 上述方案中，所述将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割包括：对 距离向压缩而方位向未压缩的每个子测绘带的ScanSAR数据沿着距离向和方位向进行二 维子孔径分割；
[0014] 所述对每个二维子孔径进行DRE估计包括：估计每个二维子孔径的多普勒调频 率，并计算每个子孔径的DRE。
[0015] 上述方案中，所述对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计包括：
[0016] 根据每个子测绘带中获得的每个二维子孔径的DRE，通过最小二乘估计方法对整 个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计。
[0017] 上述方案中，所述将进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向误差 估计包括：
[0018] 对进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向重采样和升采样，并通 过双重积分得到整个测绘带的距离空变方位向相位误差估计。
[0019] 上述方案中，所述对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方 位向压缩包括：
[0020] 根据获得的距离向空变方位向相位误差，对距离向压缩而方位未压缩的ScanSAR 子测绘带数据进行相位误差校正，并进行方位向压缩，获得各子测绘带图像。
[0021] 上述方案中，所述方法还包括：对各子测绘带的图像进行图像拼接，获得聚焦的 ScanSAR 图像。
[0022] 本发明实施例还提供了一种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦装置，所述装置 包括子孔径处理模块、距离向空变DRE估计模块、方位向误差估计模块、误差校正压缩模 块，其中，
[0023] 所述子孔径处理模块，用于将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分 害!]，并对每个二维子孔径进行DRE估计；
[0024] 所述距离向空变DRE估计模块，用于对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空 变DRE估计；
[0025] 所述方位向误差估计模块，用于将所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数 据进行方位向误差估计；
[0026] 所述误差校正压缩模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误 差校正和方位向压缩。
[0027] 上述方案中，所述子孔径处理模块具体用于：对距离向压缩而方位向未压缩的每 个子测绘带的ScanSAR数据沿着距离向和方位向进行二维子孔径分割；估计每个二维子孔 径的多普勒调频率，并计算每个子孔径的DRE。
[0028] 上述方案中，所述距离向空变DRE估计模块具体用于：根据每个子测绘带中获得 的每个二维子孔径的DRE，通过最小二乘估计方法对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离 向空变DRE估计。
[0029] 上述方案中，所述方位向误差估计模块具体用于：对进行距离向空变DRE估计后 的ScanSAR数据进行方位向重采样和升采样，并通过双重积分得到整个测绘带的距离空变 方位向相位误差估计。
[0030] 上述方案中，所述误差校正压缩模块具体用于：根据获得的距离向空变方位向相 位误差，对距离向压缩而方位未压缩的ScanSAR子测绘带数据进行相位误差校正，并进行 方位向压缩。
[0031] 上述方案中，所述装置还包括图像拼接模块，用于对各子测绘带的图像进行图像 拼接，获得聚焦的ScanSAR图像。
[0032] 本发明实施例所提供的高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法和装置，将 每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每个二维子孔径进行DRE估计；对 整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计；将所述进行距离向空变DRE估计后 的ScanSAR数据进行方位向误差估计；对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误 差校正和方位向压缩。如此，能够实现在ScanSAR模式下进行全孔径处理的精确聚焦技术， 提1?图像质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法流程示意图；
[0034] 图2为本发明实施例子测绘带结构示意图；
[0035] 图3为本发明实施例方位向相位误差估计的处理过程示意图；
[0036] 图4为本发明实施例实测ScanSAR数据处理获得的结果示意图；
[0037] 图5为本发明实施例特定区域精确聚焦处理前后结果对比图；
[0038] 图6为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0039] 本发明实施例中，将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每 个二维子孔径进行DRE估计；对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计；将 所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向误差估计；对每个子测绘带的 ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。
[0040] 其中，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未压缩的ScanSAR数据。
[0041] 在对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩，获 得各子测绘带图像后，所述方法还包括：对各子测绘带的图像进行图像拼接，获得聚焦的 ScanSAR 图像。
[0042] 下面结合附图及具体实施例，对本发明实施例的技术方案实现作进一步的详细描 述。
[0043] 图1为本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法流程示意图， 如图1所示，本发明实施例高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦处理方法包括以下步骤：
[0044] 步骤101 :将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每个二维子 孔径进行DRE估计；
[0045] 其中，所述ScanSAR数据为距离向压缩而方位向未压缩的ScanSAR数据。
[0046] 具体的，所述将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割包括：对距离 向压缩而方位向未压缩的每个子测绘带的ScanSAR数据，沿着距离向和方位向进行二维子 孔径分割；
[0047] 所述对每个二维子孔径进行DRE估计包括：估计每个二维子孔径的多普勒调频 率，并计算每个子孔径的DRE。
[0048] 这里，由于不同子测绘带的burst数据不可以同时处理，因此，沿着方位向进行重 叠或非重叠方式分割的子孔径划分必须位于每个burst中，如果burst足够小，单独的一个 burst也可以当作一个子孔径。在对方位向进行子孔径分割后，得到的每个方位向子孔径再 进一步沿着距离向按照具有一定重叠或非重叠的方式进行分割。
[0049] 本发明实施例中，在进行二维子孔径分割时，方位向和距离向都可以按照重叠或 非重叠的方式进行。当采用部分重叠的方式进行二维子孔径分割时，相应的计算量也会根 据重叠部分所占整个子孔径的比例的增加而增加，对应的计算结果的精度也会相应提高。
[0050] 在进行每个二维子孔径的DRE估计时，假设在每一个子孔径中的多普勒参数变化 可以忽略，利用map drift技术实现多普勒调频率的估计，最终得出的二维子孔径的DRE 为：
[0051]
【权利要求】
1. 一种高分辨率扫描合成孔径雷达ScanSAR精确聚焦处理方法，其特征在于，所述方 法包括： 将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并对每个二维子孔径进行多普 勒调频率误差DRE估计； 对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计； 将所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向误差估计； 对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校正和方位向压缩。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二 维子孔径分割包括：对距离向压缩而方位向未压缩的每个子测绘带的ScanSAR数据沿着距 离向和方位向进行二维子孔径分割； 所述对每个二维子孔径进行DRE估计包括：估计每个二维子孔径的多普勒调频率，并 计算每个子孔径的DRE。
3. 根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离 向空变DRE估计包括： 根据每个子测绘带中获得的每个二维子孔径的DRE，通过最小二乘估计方法对整个测 绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计。
4. 根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述将进行距离向空变DRE估计后的 ScanSAR数据进行方位向误差估计包括： 对进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向重采样和升采样，并通过双 重积分得到整个测绘带的距离空变方位向相位误差估计。
5. 根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全 孔径相位误差校正和方位向压缩包括： 根据获得的距离向空变方位向相位误差，对距离向压缩而方位未压缩的ScanSAR子测 绘带数据进行相位误差校正，并进行方位向压缩，获得各子测绘带图像。
6. 根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述方法还包括：对各子测绘带的图像进行 图像拼接，获得聚焦的ScanSAR图像。
7. -种高分辨率扫描合成孔径雷达精确聚焦装置，其特征在于，所述装置包括子孔径 处理模块、距离向空变DRE估计模块、方位向误差估计模块、误差校正压缩模块，其中， 所述子孔径处理模块，用于将每个子测绘带的ScanSAR数据进行二维子孔径分割，并 对每个二维子孔径进行DRE估计； 所述距离向空变DRE估计模块，用于对整个测绘带的ScanSAR数据进行距离向空变DRE 估计； 所述方位向误差估计模块，用于将所述进行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进 行方位向误差估计； 所述误差校正压缩模块，用于对每个子测绘带的ScanSAR数据进行全孔径相位误差校 正和方位向压缩。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述子孔径处理模块具体用于：对距离向 压缩而方位向未压缩的每个子测绘带的ScanSAR数据沿着距离向和方位向进行二维子孔 径分割；估计每个二维子孔径的多普勒调频率，并计算每个子孔径的DRE。
9. 根据权利要求8所述装置，其特征在于，所述距离向空变DRE估计模块具体用于：根 据每个子测绘带中获得的每个二维子孔径的DRE，通过最小二乘估计方法对整个测绘带的 ScanSAR数据进行距离向空变DRE估计。
10. 根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述方位向误差估计模块具体用于：对进 行距离向空变DRE估计后的ScanSAR数据进行方位向重采样和升采样，并通过双重积分得 到整个测绘带的距离空变方位向相位误差估计。
11. 根据权利要求10所述装置，其特征在于，所述误差校正压缩模块具体用于：根据获 得的距离向空变方位向相位误差，对距离向压缩而方位未压缩的ScanSAR子测绘带数据进 行相位误差校正，并进行方位向压缩。
12. 根据权利要求11所述装置，其特征在于，所述装置还包括图像拼接模块，用于对各 子测绘带的图像进行图像拼接，获得聚焦的ScanSAR图像。
【文档编号】G01S13/90GK104280734SQ201410498574
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】李宁, 王宇, 邓云凯, 张志敏, 刘亚波, 龚小冬, 吴铮, 张明咪 申请人:中国科学院电子学研究所