針對合成孔徑雷達bp成像的自聚焦方法
【專利摘要】一種針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法，根據(jù)BP方法層析成像的特點，基于對比度最優(yōu)化準則以及圖像對比度與相位誤差之間的關(guān)系，利用BP反投得到一小塊成像場景層析圖進行相位誤差估計獲取相位誤差補償向量，然后將最終的相位誤差補償向量補償?shù)綄?yīng)脈沖反投所得到的整個場景復(fù)圖像上去，再將復(fù)圖像相干疊加，即可得到最終聚焦后的SAR圖像。并且提出了適用于BP成像方法的自聚焦方法兩種流程，分析比較了這兩種流程的運算量和適用場合，以及該自聚焦方法總體性能，最后通過處理實測數(shù)據(jù)，比較圖像結(jié)果，避免了傳統(tǒng)的適合頻域成像方法的自聚焦方法就不適用于BP方法并且其有效性和可行性不高的缺陷。
【專利說明】針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種合成孔徑雷達（syntheticaperture radar，簡稱SAR)成像處理方法，具體是涉及一種針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達（SAR)是一種全天時、全天候的微波成像雷達，高分辨率的特點使 它在軍用和民用領(lǐng)域有著不可替代的作用。傳統(tǒng)的SAR成像方法分為頻域和時域兩種：頻 率域處理的SAR成像方法普遍運用了快速傅里葉變換等快速方法，計算效率較高，但要求 處理的孔徑是線性的，不方便嵌入運動補償，很難對有運動誤差的非線性孔徑進行處理。時 域成像方法考慮了波前彎曲，采用逐點成像的方法，因此對場景大小無限制，在原理上不存 在任何理論近似，并且非常適合于利用數(shù)字信號處理器件在硬件上作并行處理；但是點對 點的圖像重建過程需要大量的插值操作，導(dǎo)致計算量巨大，這也是時域方法在實際應(yīng)用中 必須考慮的問題。
[0003] 機載合成孔徑雷達在采集數(shù)據(jù)時，由于雷達平臺很難保持恒定高度的勻速直線飛 行姿態(tài)，所以運動補償就成為SAR成像系統(tǒng)獲得高分辨率能力的關(guān)鍵。由于國內(nèi)載機慣導(dǎo) 精度不高，因此，基于圖像數(shù)據(jù)本身的自聚焦方法是SAR運動補償?shù)难芯繜狳c。自聚焦方法 通過調(diào)節(jié)相位誤差的估計值，最優(yōu)化衡量圖像聚焦與否的參數(shù)，使圖像聚焦效果達到最佳 來確定補償?shù)南辔?，常用的衡量圖像聚焦與否的準則有：最大銳度，最小熵，最大對比度等。 BP成像方法是一種時域成像方法，其成像過程就是計算各方位時刻雷達平臺位置與目標點 的雙程延時，再將不同方位時刻對應(yīng)的回波信號后向反投進行相干疊加，最后得出目標函 數(shù)的過程。該過程不存在明顯的傅里葉變換關(guān)系，因此，傳統(tǒng)的適合頻域成像方法的自聚焦 方法就不適用于BP方法，并且其有效性和可行性不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的提供一種針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法，本發(fā)明基于圖 像對比度最優(yōu)化準則，提出適于BP成像方法對比度最優(yōu)化OackprojectionContrast Optimization,BP-C0)自聚焦方法。結(jié)合BP方法層析成像的特點，估計每個脈沖反投層析 圖像的相位誤差并進行相位補償，以圖像對比度大小為標準評判聚焦效果，通過多次迭代 實現(xiàn)圖像的聚焦，提高圖像分辨率。通過處理實測數(shù)據(jù)處理，比較圖像結(jié)果，避免了傳統(tǒng)的 適合頻域成像方法的自聚焦方法就不適用于BP方法并且其有效性和可行性不高的缺陷。
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種針對合成孔徑雷達BP成像的自 聚焦方法的解決方案，具體如下：
[0006] -種針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法，步驟如下：
[0007] 步驟1 :選擇一塊成像場景，其中方位向網(wǎng)格點數(shù)為Nx，索引為X，距離向網(wǎng)格點數(shù) 為Ny，索引為y，利用這塊小場景估計出相位誤差來獲取相位誤差補償向量，具體如下：
[0008] (a)初始化相位誤差補償向量Φ=[Φ(0)，Φ(1)，· ··，Φ(Na-I)],其中Φ(0)為 相位誤
[0009]差補償向量的第一列列向量，Φ(1)為相位誤差補償向量的第二列列向量， Φ(Na-I)為相位誤差補償向量的第Na列列向量，Na為雷達回波脈沖總個數(shù)；
[0010] (b)對于Na個雷達回波脈沖，將每個回波脈沖進行脈沖壓縮，然后對脈
[0011] 沖壓縮后的回波脈沖進行BP反投影得到回波脈沖各自對應(yīng)的場景復(fù)圖像 Sm(x,y)，其中m= 0, 1，2,. . .，Na-I,根據(jù)公式（1)求出第一系數(shù)I(X，y)，其中，X、y分別為 圖像像素點方位向和距離向索弓丨，X= 〇,1，2,. . .，Nx-I,y= 0,1，2,. . .，Ny-I: Na-I
[0012] 1{χ,2/) = Σs,"(^'y) exp [-Mm)] m=0 ? I)
[0013] 再根據(jù)公式（2)計算對比度的等價式Ceq :

【權(quán)利要求】
1. 一種針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1 :選擇一塊成像場景，其中方位向網(wǎng)格點數(shù)為Nx，索引為X，距離向網(wǎng)格點數(shù)為Ny， 索引為y，利用這塊小場景估計出相位誤差來獲取相位誤差補償向量，具體如下： (a) 初始化相位誤差補償向量Φ=[Φ(0)，Φ(1)，···，Φ(Na-1)]，其中Φ(O)為相位 誤 差補償向量的第一列列向量，Φ(1)為相位誤差補償向量的第二列列向量，Φ(Na-I)為 相位誤差補償向量的第Na列列向量，Na為雷達回波脈沖總個數(shù)； (b) 對于Na個雷達回波脈沖，將每個回波脈沖進行脈沖壓縮，然后對脈 沖壓縮后的回波脈沖進行BP反投影得到回波脈沖各自對應(yīng)的場景復(fù)圖像Sm(X，y)，其 中m= 0, 1，2,…，Na-I,根據(jù)公式⑴求出第一系數(shù)I(X，y): Ng-I 取I/) =ΣS1m <>，2/) ·exp[-j《(m)] (I) 再根據(jù)公式（2)計算對比度的等價式Crai: Nx-I Λ.?/-1. ^ = I4 X-fj ?/=() (2) (C)根據(jù)公式⑶估計exp[_jΦ(m)]:
將第m個回波脈沖反投影得到的場景復(fù)圖像5111(1，y)乘以eXph^(m)]，若按基于脈沖更 新的算法流程，此時根據(jù)基于脈沖更新的算法計算更新I(x，y)，循環(huán)此步驟（c)操作直至 最后一個脈沖； (d) 若按基于孔徑更新的方法流程，此時根據(jù)基于孔徑更新的方法計算更新I(X，y)， 并根據(jù)公式（4)計算對比度的等價式(；，：
(e) 通過公式（5)算出對比度增加的比例T1 : Tm-cjn 1Cq(Ii) (5) 對比度增加的比例T1與設(shè)定的終止門限Ttl比較，判斷是否進入下一次迭代，其中1為 迭代次數(shù)，如果T1 >Ttl，進入下一次迭代，即則從步驟C開始繼續(xù)操作；或者直接設(shè)定迭代 次數(shù)代替計算對比度增加的比例T1來判斷是否進行下次迭代； 步驟2,總的相位誤差補償向量等于每次迭代所得相位誤差向量之和，將最終的相位誤 差補償向量補償?shù)綄?yīng)脈沖反投影所得到的整個場景復(fù)圖像上去，再將場景復(fù)圖像相干疊 力口，即可得到最終聚焦后的SAR圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對合成孔徑雷達BP成像的自聚焦方法，其特征在于所述的 直接設(shè)定迭代次數(shù)代替計算對比度增加的比例來判斷是否進行下次迭代的迭代次數(shù)的范 圍為1?2次。
【文檔編號】G01S13/90GK104316923SQ201410543522
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】張勁東, 陳家瑞, 班陽陽, 邱曉燕 申請人:南京航空航天大學(xué)