《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于内定标数据的机载合成孔径雷达成像处理
电子技术应用
于春辉，张士伟，刘芫喽，邢斯瑞，徐婧
长光卫星技术股份有限公司
摘要： 在机载合成孔径雷达（SAR）硬件系统构建过程中，收发通道链路不可避免地会引入幅相误差，将导致SAR系统实际成像性能的恶化，为此研究设计了一套基于内定标的机载SAR回波数据幅相误差补偿方案，并结合改进的自聚焦成像算法完成成像处理。方案依据内定标设计中的参考、发射及接收定标数据，精准估计幅相误差值并基于幅频、相频特性补偿回波数据；同时，通过引入二次相位配合传统自聚焦算法，提升对方位向高次相位误差的估计精度，优化图像二维聚焦效果。实测数据处理结果表明，所提方案处理后距离向分辨率提升6.6%，方位向分辨率提升25.9%，二维积分旁瓣比和峰值旁瓣比分别满足-10 dB/-13 dB指标要求。研究通过对幅相误差补偿分析与不同成像方案对比，有效提高图像聚焦精度，对机载 SAR 系统工程化及应用具有重要指导意义。
中圖分類(lèi)號(hào)：TN958.93 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256871
中文引用格式： 于春輝，張士偉，劉芫嘍，等. 基于內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)的機(jī)載合成孔徑雷達(dá)成像處理[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2026，52(2)：124-131.
英文引用格式： Yu Chunhui，Zhang Shiwei，Liu Yuanlou，et al. Imaging processing of airborne synthetic aperture radar based on internal calibration data[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(2)：124-131.
Imaging processing of airborne synthetic aperture radar based on internal calibration data
Yu Chunhui，Zhang Shiwei，Liu Yuanlou，Xing Sirui，Xu Jing
Chang Guang Satellite Technology Co.， Ltd.
Abstract： During the construction of airborne Synthetic Aperture Radar (SAR) hardware systems, amplitude-phase errors are inevitably introduced in the transmit-receive channel links, which deteriorate the actual imaging performance of the SAR system. To address this issue, an amplitude-phase error compensation scheme for airborne SAR echo data based on internal calibration is designed, and imaging processing is completed in combination with an improved autofocus imaging algorithm. This scheme accurately estimates the amplitude-phase error values based on the reference, transmit, and receive calibration data in the internal calibration design, and compensates the echo data according to the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics. Meanwhile, the traditional autofocus algorithm is improved by introducing quadratic phase terms, which enhances the estimation accuracy of high-order azimuth phase errors and optimizes the two-dimensional focusing effect of images. The processing results of measured data demonstrate that, after applying the proposed scheme, the range resolution improves by 6.6% and the azimuth resolution increases by 25.9%. Moreover, the ISLR meets the specified requirements of -10 dB and PSLR meets the specified requirements of -13 dB. Through the analysis of amplitude-phase error compensation and the comparative study of different imaging schemes, this research effectively enhances the image focusing accuracy, offering crucial guidance for the engineering implementation and practical applications of airborne SAR systems.
Key words : spaceborne synthetic aperture radar；airborne test platform；internal calibration；amplitude and phase errors；engineering verification

引言

隨著數(shù)字化與智能化的快速發(fā)展，遙感影像正以前所未有的速度融入日常工作與生活。從城市規(guī)劃、災(zāi)害監(jiān)測(cè)到農(nóng)業(yè)估產(chǎn)，遙感影像憑借其宏觀、動(dòng)態(tài)的觀測(cè)能力，成為不可或缺的技術(shù)手段。合成孔徑雷達(dá)（SAR）遙感作為遙感領(lǐng)域的重要分支，憑借全天時(shí)、全天候及穿透性強(qiáng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，突破了光學(xué)遙感的局限。近年來(lái)，基于機(jī)載和星載平臺(tái)的SAR 遙感技術(shù)得到了飛速發(fā)展，不斷提升的分辨率與成像效率，使其在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用[1-5]。

在傳統(tǒng) SAR 成像處理框架中，線性調(diào)頻信號(hào) (LFM) 通常被假定為理想信號(hào)模型，其回波數(shù)據(jù)僅考慮時(shí)延與幅度調(diào)制效應(yīng)。然而，隨著成像分辨率需求的持續(xù)提高，LFM 信號(hào)帶寬不斷拓展，致使信號(hào)幅頻特性與相頻特性難以維持理想狀態(tài)。此外，SAR 系統(tǒng)發(fā)射與接收通道不可避免地引入幅相畸變誤差，該類(lèi)誤差對(duì) SAR 載荷成像質(zhì)量形成顯著制約。此外，機(jī)載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的非平穩(wěn)性會(huì)給 SAR 載荷運(yùn)行帶來(lái)運(yùn)動(dòng)誤差。雖然高精度慣性測(cè)量單元（IMU）可實(shí)現(xiàn)部分誤差補(bǔ)償，但考慮到載荷的高采樣頻率特性，仍需依托自聚焦算法對(duì)高階運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行精準(zhǔn)估計(jì)并補(bǔ)償至 SAR 數(shù)據(jù)中，才能獲得聚焦良好的 SAR 圖像[6-7]。

針對(duì)幅相誤差校正，文獻(xiàn)[8]提出一種基于回波信號(hào)時(shí)域特征的相位估計(jì)與補(bǔ)償算法，該算法通過(guò)分析圖像強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)特性實(shí)現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的幅相誤差補(bǔ)償，但算法計(jì)算過(guò)程對(duì)地面目標(biāo)場(chǎng)景存在依賴(lài)性，需對(duì)圖像中的角反射器等強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行信號(hào)提取與特征分析。在方位向高階運(yùn)動(dòng)誤差處理領(lǐng)域，相位梯度自聚焦（PGA）算法憑借其高效性與廣泛適用性脫穎而出，該算法通過(guò)分析場(chǎng)景中多個(gè)特顯點(diǎn)的多普勒頻率偏移差異，實(shí)現(xiàn)相位誤差的精確估計(jì)與補(bǔ)償。但隨著 SAR 影像分辨率的不斷提升，傳統(tǒng)一次或二次相位誤差補(bǔ)償已無(wú)法滿(mǎn)足需求，對(duì)更高階相位誤差進(jìn)行精確估計(jì)與補(bǔ)償成為研究關(guān)鍵。

本文基于團(tuán)隊(duì)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在載荷設(shè)計(jì)階段即前瞻性部署內(nèi)定標(biāo)模塊，通過(guò)多模塊定標(biāo)數(shù)據(jù)協(xié)同分析與誤差提取，實(shí)現(xiàn)了收發(fā)通道及信號(hào)源的幅相誤差的有效補(bǔ)償。同時(shí)，在信號(hào)處理環(huán)節(jié)對(duì)PGA算法進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，顯著提升了高階相位誤差的估計(jì)精度。研究成果為機(jī)載 SAR 系統(tǒng)的工程化驗(yàn)證提供了切實(shí)可行的技術(shù)方案與實(shí)踐范例。


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作者信息：

于春輝，張士偉，劉芫嘍，邢斯瑞，徐婧

（長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

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