一種步進頻SAR數(shù)據(jù)補償方法*

邢 濤，李 軍，馮 亮，高文權(quán)

（北京無線電測量研究所，北京 100854）

0 引言

步進頻雷達通過多個子頻帶步進得到距離大帶寬[1-3]，進而得到高的距離分辨率。合成孔徑雷達(SAR)通過聚束得到方位大帶寬，進而得到高的方位分辨率。把步進頻與聚束結(jié)合，就得到同時具有高的距離分辨率和方位分辨率的步進頻SAR。步進頻的數(shù)據(jù)處理，既要進行步進頻信號的頻帶合成，又要進行的方位脈壓。在步進頻中，雷達的運動導(dǎo)致不同頻點間斜距存在差異，主要表現(xiàn)為方位的偏移[4-7]，拼接前需要校正偏移量，或者說補償各子帶在方位的偏移，進而才能進行準(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。

在實際數(shù)據(jù)處理中，存在各種各樣的誤差，同時，也產(chǎn)生各種處理方法[2—10]。文獻[5]指出，步進頻SAR數(shù)據(jù)處理時，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[5]的處理模式，先各頻點成像，然后再拼接。在實測數(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，可能有運動補償不到位、慣導(dǎo)精度不夠、系統(tǒng)某些固有誤差測量及補償不夠充分等等，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上為聚焦不好。

對于單個圖像，散焦可通過自聚焦來改善。對于步進頻SAR，子圖像各自自聚焦不可行，因為自聚焦估計的相位是隨機的，引入的補償相位會破壞子圖像間相參性，影響距離維拼接。針對這個問題，本文只對某個頻點圖像進行自聚焦，估計相位誤差。對于其他頻點，根據(jù)先前估計的相位誤差進行計算，得到各自對應(yīng)的相位誤差，再對子圖像逐個進行相位補償。本文方法只需對一個頻點的子圖像進行相位誤差估計，處理效率較高，同時不改變頻點間距離維的相位關(guān)系，不對距離維拼接產(chǎn)生影響，可為步進頻SAR實測數(shù)據(jù)處理提供參考。

1 理想情況下子圖像拼接仿真

進行步進頻聚束SAR仿真，不考慮運動誤差、系統(tǒng)誤差等非理想因素，先各頻點單獨成像，再步進頻合成高分辨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，先對單個頻點進行成像處理，得到粗距離分辨率子圖像，再進行頻帶合成，將得到理想的二維高分辨SAR圖像。

2 子圖像相位誤差補償

2.1 實測數(shù)據(jù)子圖像方位散焦

實測的數(shù)據(jù)也為5個頻點步進頻，頻點1、頻點3、頻點5子圖像分別如圖2-圖4所示，在方位存在散焦。

圖2 頻點1處理結(jié)果

2.2 子圖像方位相位誤差提取與計算

以頻點3的子圖像作為參考子圖像，估計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)該相位誤差對參考子圖像進行補償，補償方式為:

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

圖3 頻點3處理結(jié)果

圖5 參考子圖像相位誤差

令參考子圖像對應(yīng)的步進頻中心頻率為fc_ref，某個需要補償?shù)淖訄D像步進頻中心頻點為f c，則該子圖像相位誤差為：

按照式（2），通過計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 子圖像補償

在得到子圖像的相位誤差?后，該子圖像補償方式為:

式中，sbefore對應(yīng)補償前的子圖像，分別為圖2(a)、圖4(a)所示。safter對應(yīng)補償后的子圖像，分別為圖2(b)、圖4(b)所示。可以發(fā)現(xiàn)，子圖像1和5在補償后，聚焦效果有了明顯的改善。

3 子圖像拼接

3.1 子圖像補償前后拼接對比

相位誤差補償前后，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)過相位補償，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1、2、3為3個孤立角反射器，標(biāo)號4為角反十字，用于分辨率目視驗證。

圖7 成像區(qū)域

標(biāo)號1為圖6所示角反，標(biāo)號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

針對實測數(shù)據(jù)處理中步進頻子圖像散焦問題，本文方法先估計一個子圖像相位誤差，然后根據(jù)子圖像中心頻率計算其它子圖像相位誤差，最后利用得到的相位誤差對子圖像進行補償。該方法只對單個子圖像進行相位誤差估計，效率較高，同時沒有各子圖像分別估計相位誤差引入的子圖像間相位關(guān)系的不確定性。文中給出的實例說明了該方法的有效性。■

表2 角反指標(biāo)