一种步进频SAR数据补偿方法*

邢 涛，李 军，冯 亮，高文权

（北京无线电测量研究所，北京 100854）

0 引言

步进频雷达通过多个子频带步进得到距离大带宽[1-3]，进而得到高的距离分辨率。合成孔径雷达(SAR)通过聚束得到方位大带宽，进而得到高的方位分辨率。把步进频与聚束结合，就得到同时具有高的距离分辨率和方位分辨率的步进频SAR。步进频的数据处理，既要进行步进频信号的频带合成，又要进行的方位脉压。在步进频中，雷达的运动导致不同频点间斜距存在差异，主要表现为方位的偏移[4-7]，拼接前需要校正偏移量，或者说补偿各子带在方位的偏移，进而才能进行准确的频带拼接，获取高的距离分辨率以及好的方位聚集性能。

在实际数据处理中，存在各种各样的误差，同时，也产生各种处理方法[2—10]。文献[5]指出，步进频SAR数据处理时，先各子频带分别成像，得到距离维粗分辨率、方位维高分辨率子图像，然后再拼接得到二维高分辨率SAR图像。本文采用文献[5]的处理模式，先各频点成像，然后再拼接。在实测数据处理中发现，各子图像在方位存在较严重的散焦现象。散焦的原因很多，可能有运动补偿不到位、惯导精度不够、系统某些固有误差测量及补偿不够充分等等，体现在数据上为聚焦不好。

对于单个图像，散焦可通过自聚焦来改善。对于步进频SAR，子图像各自自聚焦不可行，因为自聚焦估计的相位是随机的，引入的补偿相位会破坏子图像间相参性，影响距离维拼接。针对这个问题，本文只对某个频点图像进行自聚焦，估计相位误差。对于其他频点，根据先前估计的相位误差进行计算，得到各自对应的相位误差，再对子图像逐个进行相位补偿。本文方法只需对一个频点的子图像进行相位误差估计，处理效率较高，同时不改变频点间距离维的相位关系，不对距离维拼接产生影响，可为步进频SAR实测数据处理提供参考。

1 理想情况下子图像拼接仿真

进行步进频聚束SAR仿真，不考虑运动误差、系统误差等非理想因素，先各频点单独成像，再步进频合成高分辨SAR图像。参数如表1所示。仿真结果如图1所示。

图1 仿真结果

表1 仿真参数

仿真结果表明，先对单个频点进行成像处理，得到粗距离分辨率子图像，再进行频带合成，将得到理想的二维高分辨SAR图像。

2 子图像相位误差补偿

2.1 实测数据子图像方位散焦

实测的数据也为5个频点步进频，频点1、频点3、频点5子图像分别如图2-图4所示，在方位存在散焦。

图2 频点1处理结果

2.2 子图像方位相位误差提取与计算

以频点3的子图像作为参考子图像，估计参考子图像的相位误差，如图5所示。

图5(a)为解缠绕前的相位误差，图5(b)为解缠绕后的相位误差。依据该相位误差对参考子图像进行补偿，补偿方式为:

式中，ϕref表示参考子图像的相位误差，如图5所示。sref_before表示补偿前的参考子图像，如图3(a)所示。sref_after表示补偿后的参考子图像，如图3(b)所示。

图3 频点3处理结果

图5 参考子图像相位误差

令参考子图像对应的步进频中心频率为fc_ref，某个需要补偿的子图像步进频中心频点为f c，则该子图像相位误差为：

按照式（2），通过计算依次得到参考子图像外的其它所有子图像相位误差。

2.3 子图像补偿

在得到子图像的相位误差ϕ后，该子图像补偿方式为:

式中，sbefore对应补偿前的子图像，分别为图2(a)、图4(a)所示。safter对应补偿后的子图像，分别为图2(b)、图4(b)所示。可以发现，子图像1和5在补偿后，聚焦效果有了明显的改善。

3 子图像拼接

3.1 子图像补偿前后拼接对比

相位误差补偿前后，子图像拼接结果如图6所示。

图6 频带拼接结果

图6表明，经过相位补偿，拼接后的图像聚焦有了明显改善。

3.2 拼接结果与指标分析

成像区域如图7所示。其中标号1、2、3为3个孤立角反射器，标号4为角反十字，用于分辨率目视验证。

图7 成像区域

标号1为图6所示角反，标号2-4角反如图8所示。

根据图8(c)，角反组目视可分辨。典型目标高压线塔SAR图像如图9所示。角反指标如表1所示。

图8 角反区域

图9 目标图像

4 结束语

针对实测数据处理中步进频子图像散焦问题，本文方法先估计一个子图像相位误差，然后根据子图像中心频率计算其它子图像相位误差，最后利用得到的相位误差对子图像进行补偿。该方法只对单个子图像进行相位误差估计，效率较高，同时没有各子图像分别估计相位误差引入的子图像间相位关系的不确定性。文中给出的实例说明了该方法的有效性。■

表2 角反指标