基于参数估计的下视稀疏阵列三维SAR运动误差补偿和成像处理方法

刘奇勇 张群 洪文 苏令华 梁佳

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引用本文: 刘奇勇, 张群, 洪文, 等. 基于参数估计的下视稀疏阵列三维SAR运动误差补偿和成像处理方法[J]. 雷达学报, 2018, 7(6): 730–739. DOI: 10.12000/JR18107
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Citation: Liu Qiyong, Zhang Qun, Hong Wen, Su Linghua, Liang Jia. DLSLA 3D SAR Motion Error Compensation and Imaging Method Based on Parameter Estimation[J]. Journal of Radars, 2018, 7(6): 730-739. doi: 10.12000/JR18107

基于参数估计的下视稀疏阵列三维SAR运动误差补偿和成像处理方法

DOI: 10.12000/JR18107 CSTR: 32380.14.JR18107
基金项目: 国家自然科学基金(61471386, 61871396),陕西省自然科学基础研究计划(2016JM4008)
详细信息
    作者简介:

    刘奇勇(1990–),男,湖南邵阳人,空军工程大学博士生,主要研究方向为SAR成像、线阵SAR 3维成像

    张 群(1964–),男,陕西合阳人,空军工程大学信息与导航学院教授,博士生导师,主要研究方向为雷达成像与目标识别。E-mail: zhangqunnus@gmail.com

    洪 文(1968–),女,上海人,中国科学院电子学研究所研究员,博士生导师,主要研究方向为极化/极化干涉SAR处理及应用、3维SAR信号处理、圆迹SAR信号处理以及稀疏微波成像技术

    苏令华(1979–),男,山东枣庄人,空军工程大学信息与导航学院讲师,主要研究方向为遥感图像处理、雷达信号处理、DSP算法设计

    梁 佳(1985–),男,陕西西安人,空军工程大学信息与导航学院讲师,主要研究方向为雷达成像

    通讯作者:

    张群   zhangqunnus@gmail.com

  • 中图分类号: TN957

DLSLA 3D SAR Motion Error Compensation and Imaging Method Based on Parameter Estimation

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61471386, 61871396), The Natural Science Foundation Research Program of Shaanxi Province (2016JM4008)
  • 摘要: 当载机存在偏航角速度时,载机航线会偏离理想航线,对稀疏阵列下视3维合成孔径雷达(DLSLA 3D SAR)成像产生影响。该文建立了载机在飞行过程中存在偏航角速度下的DLSLA 3D SAR成像模型,通过理论推导得到了信号的多普勒调频率表达式,多普勒调频率与目标被调制后的跨航向坐标有关,而与被调制后的方位向坐标无关。进一步,完成跨航向信号处理之后,在平台的速度和偏航角速度不准的情况下,利用参数化稀疏表征方法实现了平台的速度和偏航角速度的估计,并完成了方位向稀疏场景的重构,最后提出了一种形变校正方法。仿真实验验证了该算法的有效性。

     

  • 图  1  DLSLA 3D SAR成像几何模型

    Figure  1.  DLSLA 3D SAR imaging geometry model

    图  2  所提方法流程图

    Figure  2.  The flow chart of the proposed method

    图  3  3维孤立点目标模型

    Figure  3.  3D isolated targets model

    图  4  成像结果

    Figure  4.  Imaging result

    图  5  方位向截面图

    Figure  5.  The azimuth sectional image

    图  6  方位向-跨航向平面投影图

    Figure  6.  2D projection onto azimuth and cross-track plane

    图  7  成像场景示意图

    Figure  7.  The ideal scene

    图  8  分布式场景DLSLA 3D SAR成像结果

    Figure  8.  3D imaging result of scene

    图  9  方位向-跨航向平面投影图

    Figure  9.  2D projection onto azimuth and cross-track plane

    图  10  形变校正后的方位向-跨航向平面投影图

    Figure  10.  2D projection onto azimuth and cross-track plane after deformation correction.

    表  1  平台和天线的参数

    Table  1.   Parameters of platform and antenna

    参数 参数
    载频fc (GHz) 17 脉冲重复频率PRF (Hz) 5000
    带宽Br (MHz) 200 发射天线数量Nt 16
    平台高度H (m) 1300 接收天线数量Nr 15
    平台速度v (m/s) 60 跨航向分辨率(m) 5.42
    脉冲持续时间Tr (μs) 0.1 方位向分辨率(m) 0.5
    偏航角速度(°/s) 2 初始偏航角(°) 3
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    表  2  图5中两种结果对应3 dB宽度

    Table  2.   The 3 dB width of the two methods in Fig. 5

    目标 直接法 参数化稀疏表征法 提升倍数
    1 2.26 m 0.41 m 5.51
    2 2.51 m 0.36 m 6.97
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    表  3  形变校正前后的方位向、跨航向坐标

    Table  3.   The azimuth and cross-track coordinates before and after deformation correction

    目标 实际坐标(m) 校正前的坐标(m) 校正后的坐标(m) 提升倍数
    1 (–14, –14) (–14.92, –13.13) (–13.95, –14.49) (18.40, 1.77)
    2 (–6, –14) (–6.64, –13.60) (–6.09, –14.02) (7.10, 20.00)
    3 (24, 30) (25.45, 28.26) (24.01, 29.49) (145.00, 3.41)
    4 (30, 24) (30.96, 21.98) (29.89, 23.41) (8.72, 3.42)
    5 (36, 30) (37.48, 28.26) (36.19, 29.89) (7.79, 15.81)
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    表  4  形变校正前后的方位向、跨航向坐标

    Table  4.   The azimuth and cross-track coordinates before and after deformation correction

    目标 实际坐标(m) 校正前的坐标(m) 校正后的坐标(m) 提升倍数
    1 (95, –97) (81.72, –105.10) (95.32, –99.31) (41.50, 3.50)
    2 (48, 100) (60.12, 97.15) (48.23, 100.92) (52.69, 3.09)
    3 (16, –57) (12.68, –59.62) (16.30, –58.53) (11.06, 1.71)
    4 (–50, –12) (–49.32, –11.56) (–49.91, –11.58) (7.55, 1.04)
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-03
  • 修回日期:  2018-12-27
  • 网络出版日期:  2018-12-28

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