一種步進頻SAR數據補償方法*

邢 濤，李 軍，馮 亮，高文權

（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。步進頻的數據處理，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，雷達的運動導致不同頻點間斜距存在差異，主要表現為方位的偏移[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。

在實際數據處理中，存在各種各樣的誤差，同時，也產生各種處理方法[2—10]。文獻[5]指出，步進頻SAR數據處理時，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。在實測數據處理中發(fā)現，各子圖像在方位存在較嚴重的散焦現象。散焦的原因很多，可能有運動補償不到位、慣導精度不夠、系統(tǒng)某些固有誤差測量及補償不夠充分等等，體現在數據上為聚焦不好。

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，根據先前估計的相位誤差進行計算，得到各自對應的相位誤差，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系，不對距離維拼接產生影響，可為步進頻SAR實測數據處理提供參考。

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。參數如表1所示。仿真結果如圖1所示。

圖1 仿真結果

表1 仿真參數

仿真結果表明，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 實測數據子圖像方位散焦

實測的數據也為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處理結果

圖5 參考子圖像相位誤差

令參考子圖像對應的步進頻中心頻率為fc_ref，某個需要補償的子圖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對應補償前的子圖像，分別為圖2(a)、圖4(a)所示。safter對應補償后的子圖像，分別為圖2(b)、圖4(b)所示。可以發(fā)現，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，子圖像拼接結果如圖6所示。

圖6 頻帶拼接結果

圖6表明，經過相位補償，拼接后的圖像聚焦有了明顯改善。

3.2 拼接結果與指標分析

成像區(qū)域如圖7所示。其中標號1、2、3為3個孤立角反射器，標號4為角反十字，用于分辨率目視驗證。

圖7 成像區(qū)域

標號1為圖6所示角反，標號2-4角反如圖8所示。

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

圖8 角反區(qū)域

圖9 目標圖像

4 結束語

針對實測數據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系的不確定性。文中給出的實例說明了該方法的有效性?！?/p>

表2 角反指標