CN103323828B - 超高分辨率星载sar成像处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高分辨率星载SAR成像处理方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型，通过将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘，消除所述二维频谱模型中的在参考斜距处的距离徙动相位项和高阶耦合相位项，对消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换，通过插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，最后通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项，得到聚焦后的星载SAR图像。同时，本发明还公开了一种星载SAR成像处理装置。利用本发明的技术方案，可得到高质量的超高分辨率星载SAR图像，并具有良好的定位能力，满足了高分辨下的应用需求。

Description

超高分辨率星载SAR成像处理方法及装置

技术领域

本发明涉及超高分辨率星载合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)成像处理技术，具体涉及一种超高分辨率星载SAR成像处理方法及装置。

背景技术

星载SAR综合利用合成孔径技术、脉冲压缩及数据处理等技术，采用较短的天线就能够得到较高的图像分辨率，是一种具有全天候、全天时特性的高分辨率微波侧视成像雷达。

基于星载SAR技术的快速发展及广泛应用，高分辨率低轨星载SAR对成像处理方法提出了更为苛刻的要求。传统的星载SAR等效斜距模型利用了直线轨迹来模拟轨道，而星载平台的轨道弯曲特性仅由二阶星载SAR多普勒参数来进行描述，如此便导致传统星载SAR斜距模型的精度有限，不能够满足超高分辨率下的星载SAR成像处理对斜距模型的要求，制约了高分辨率星载SAR技术的发展。

高精度的成像处理方法是获取高质量雷达图像的基础，目前的成像处理方法，比如距离多普勒算法、调频变标算法以及波数域算法多数以传统等效斜距模型为基础，大多没有考虑或仅仅部分考虑了对星载SAR弯曲轨道的成像处理，如此，便使数据不能良好聚焦、使得图像质量急剧下降，进而满足不了高分辨率应用的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超高分辨率星载SAR成像处理方法及装置，能满足星载SAR的高分辨率成像的需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种超高分辨率星载合成孔径雷达SAR成像处理方法，所述方法包括：

建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

通过所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘消除所述二维频谱模型的在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，再对经消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换，并通过插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项；

根据消除方位调制相位项后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。

上述方案中，在所述建立星载SAR回波信号的二维频谱模型之前，所述方法还包括：

计算卫星和地面目标的状态矢量；

依据所述状态矢量计算星载SAR高阶多普勒参数；

依据所述高阶多普勒参数，建立星载SAR斜距模型；

依据所述星载SAR状态矢量及设置的滑动聚束模式，生成SAR回波信号，并利用方位预处理技术去除所述回波信号的方位频谱模糊。

上述方案中，所述插值方式，包括：辛格Sinc插值方式。

上述方案中，所述建立星载SAR回波信号的二维频谱模型包括：

依据所建立的星载SAR斜距模型及级数反演方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型：其中，所述二维频谱模型Φ_PTRS(r₀，f_r，f_η)的表达式为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})\≈-\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_0-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_0-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_0-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_0)-\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r};$

将上式级数展开得到：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3;$

其中，≈表示近似， $M=-\frac{c{f}_{\mathrm{\η}}}{2(f_c+f_r)}+\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},$ ${\mathrm{\α}}_0=\frac{1}{2k_2},$ ${\mathrm{\β}}_0=\frac{3k_3}{8k_2^3},$ ${\mathrm{\γ}}_0=\frac{9k_3^2-4k_2{k}_4}{16k_2^5},$ c为光速，f_c为载频，f_r为距离向频率轴，f_η为方位向频率轴，K_r为距离向调频率，r₀为雷达到地面目标的最近斜距，f_dc为卫星多普勒中心，f_1r为多普勒调频率，f_2r为二阶多普勒调频率，f_3r为三阶多普勒调频率，Φ_azi(r₀，f_η)为方位调制相位项，Φ_RCM(r₀，f_η)·f_r为距离徙动相位项，为二阶耦合项，为三阶耦合项，所述高阶耦合相位项包括：二阶耦合项及三阶耦合项。

上述方案中，所述二维频谱模型对应的参考函数H_RFM(r_ref，f_r，f_η)的表达式为：

$H_{\mathrm{RFM}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_{\mathrm{ref}}-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})+j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\};$

其中，exp{}表示以e为底数的指数函数，j表示虚数单位；r_ref为参考斜距，α_ref、β_ref、γ_ref为参考斜距处的斜距模型参数。

上述方案中，所述通过插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，包括：

将所述二维频谱模型作距离向傅立叶逆变换后，利用Sinc插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；其中，所述残留距离徙动量的表达式为：

${\mathrm{RCM}}_{\mathrm{diff}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2[{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2+2f_{\mathrm{dc}}(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})]}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})$

$+\frac{{\mathrm{\λ}}^3[2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3+3f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})$

$-\frac{{\mathrm{\λ}}^4[3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4+4f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3]}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}}).$

上述方案中，所述通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，包括：

对所述二维频谱模型中的残留距离徙动量作校正处理后的信号作距离向傅立叶变换，再与相位补偿表达式相乘；所述相位补偿表达式为：

Φ_comp(r_Mn，f_r，f_η)＝[Φ_PTRS(r_Mn，f_r，f_η)-Φ_PTRS(r_ref，f_r，f_η)]

-[Φ_RCM(r_Mn，f_η)·f_r-Φ_RCM(r_ref，f_η)·f_r]

-[Φ_azi(r_Mn，f_η)-Φ_azi(r_ref，f_η)]

其中，r_Mn为第n个距离子块的中心斜距，n为正整数，Φ_RCM(r_Mn，f_η)·f_r为在r_Mn点的距离徙动相位项，Φ_azi(r_ref，f_η)为在r_ref点的方位调制相位项。

上述方案中，所述通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项，包括：

对距离分块补偿后的信号与方位匹配滤波器相乘，并对相乘后的结果作方位向逆傅立叶变换；其中，所述方位匹配滤波器的表达式为：

$H_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}[\frac{{\mathrm{\λ}}^2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})-\frac{{\mathrm{\λ}}^3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\left]\right\};$

其中，λ为SAR雷达波长。

本发明还提供了一种超高分辨率星载SAR成像处理装置，所述装置包括：建立单元、第一消除单元、变换单元、校正单元、补偿单元、第二消除单元及成像单元；其中，

所述建立单元，用于建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

所述第一消除单元，用于通过将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘，消除所述二维频谱模型的在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项；

所述变换单元，用于对所述第一消除单元处理后的所述二维频谱模型作距离向逆傅立叶变换；

所述校正单元，用于利用插值方式校正所述变换单元处理后的所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；

所述补偿单元，用于利用距离分块补偿方式补偿所述校正单元处理后的所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项；

所述第二消除单元，用于通过方位压缩方式消除所述补偿单元处理后的所述二维频谱模型的方位调制相位项；

所述成像单元，用于根据所述第二消除单元处理后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。

上述方案中，所述校正单元通过利用辛格Sinc插值方式校正所述变换单元处理后的所述二维频谱模型中的残留距离徙动量。

上述方案中，

所述二维频谱模型的表达式为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})\≈-\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_0-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_0-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_0-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_0)-\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r};$

将上述级数展开得到：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3;$

所述二维频谱模型对应的参考函数H_RFM(r_ref，f_r，f_η)的表达式为：

$H_{\mathrm{RFM}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_{\mathrm{ref}}-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})+j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\};$

其中，≈表示近似， $M=-\frac{c{f}_{\mathrm{\η}}}{2(f_c+f_r)}+\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},$ ${\mathrm{\α}}_0=\frac{1}{2k_2},$ ${\mathrm{\β}}_0=-\frac{3k_3}{8k_2^3},$ ${\mathrm{\γ}}_0=\frac{9k_3^2-4k_2{k}_4}{16k_2^5},$ c为光速，f_c为载频，f_r为距离向频率轴，f_η为方位向频率轴，K_r为距离向调频率，r₀为雷达到地面目标的最近斜距，f_dc为卫星多普勒中心，f_1r为多普勒调频率，f_2r为二阶多普勒调频率，f_3r为三阶多普勒调频率，Φ_azi(r₀，f_η)为方位调制相位项，Φ_RCM(r₀，f_η)·f_r为距离徙动相位项，为二阶耦合项，为三阶耦合项，exp{}表示以e为底数的指数函数，j表示虚数单位，r_ref为参考斜距，α_ref、β_ref、γ_ref为参考斜距处的斜距模型参数。

上述方案中，所述建立单元包括：第一计算子单元、第二计算子单元、第二建立子单元、生成子单元、去除子单元及第三建立子单元；其中，

所述第一计算子单元，用于计算卫星和地面目标的状态矢量；

所述第二计算子单元，用于依据所述状态矢量，计算星载SAR高阶多普勒参数；

所述第二建立子单元，用于依据高阶多普勒参数，建立星载SAR斜距模型；

所述生成子单元，用于依据星载SAR状态矢量及设置的滑动聚束模式，生成SAR回波信号；

所述去除子单元，用于利用方位预处理技术去除所述回波信号的方位频谱模糊；

所述第三建立子单元，依据所建立的星载SAR斜距模型和级数反演方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型。

上述方案中，所述校正单元将所述变换单元处理后的所述二维频谱模型在距离多普勒域通过Sinc插值方式进行残留距离徙动量的校正；其中，所述残留距离徙动量表示为：

${\mathrm{RCM}}_{\mathrm{diff}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2[{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2+2f_{\mathrm{dc}}(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})]}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})$

$+\frac{{\mathrm{\λ}}^3[2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3+3f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}).$

$-\frac{{\mathrm{\λ}}^4[3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4+4f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3]}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})$

上述方案中，所述补偿单元包括：第一变换子单元及相乘子单元；其中，

所述第一变换子单元，用于对所述校正单元处理后的所述二维频谱模型作距离向傅立叶变换；

所述相乘子单元，用于所述第一变换子单元处理后的所述二维频谱模型与相位补偿表达式相乘；

其中，所述相位补偿表达式为：

Φ_comp(r_Mn，f_r，f_η)＝[Φ_PTRS(r_Mn，f_r，f_η)-Φ_PTRS(r_ref，f_r，f_η)]

-[Φ_RCM(r_Mn，f_η)·f_r-Φ_RCM(r_ref，f_η)·f_r]

-[Φ_azi(r_Mn，f_η)-Φ_azi(r_ref，f_η)]；

其中，r_Mn为第n个距离子块的中心斜距，n为正整数，Φ_RCM(r_Mn，f_η)为在r_Mn点的残留距离徙动量，Φ_azi(r_ref，f_η)为在r_ref点的方位调制相位项。

上述方案中，所述第二消除单元包括：匹配子单元及第二变换子单元；其中，

所述匹配子单元，用于将经所述补偿单元处理后的所述二维频谱模型与方位匹配滤波器相乘；

所述第二变换子单元，用于将经所述匹配子单元处理后的所述二维频谱模型作方位向逆傅立叶变换；其中，所述方位匹配滤波器的表达式为：

$H_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}[\frac{{\mathrm{\λ}}^2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})-\frac{{\mathrm{\λ}}^3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\left]\right\};$

其中，λ为SAR雷达波长。

本发明提供的超高分辨率星载SAR成像处理方法及装置，首先建立超高分辨率下的星载SAR回波信号的二维频谱模型；成像处理中将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘，消除所述二维频谱模型在参考距离处的距离徙动相位项和高阶耦合相位项，再作距离向逆傅立叶变换，通过Sinc插值方式在距离多普勒域校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，通过方位压缩消除所述二维频谱模型的方位调制相位项；根据消除方位调制相位项后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。利用本发明的技术方案，可得到聚焦良好的高分辨率星载SAR图像，并具有良好的定位能力，能够满足高分辨下的应用需求。

附图说明

图1为本发明超高分辨率星载SAR成像处理方法的流程示意图；

图2为本发明超高分辨率星载SAR成像处理方法的一具体实施例的示意图；

图3为本发明超高分辨率星载SAR成像处理方法的另一具体实施例的示意图；

图4(a)、(b)为本发明超高分辨率星载SAR成像处理装置的组成结构示意图；

图5(a)、(b)为本发明的聚焦特性示意图。

具体实施方式

本发明记载了一种超高分辨率星载SAR成像处理方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤11：建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

这里，所述步骤11由计算机来完成，图2为步骤11的具体实施例示意图，如图2所示，所述步骤11包括：

步骤111：建立星载平台；

具体的，建立星载平台的轨道六根数和地面成像场景；

步骤112：在所述星载平台及地球惯性坐标系下计算卫星和地面目标的状态矢量；所述状态矢量包括：卫星的距离矢量r_s、速度矢量v_s、加速度矢量A_s、一阶加速度矢量A_s′以及二阶加速度矢量A_s″；地面目标的距离矢量r_t、速度矢量v_t，加速度矢量A_t、一阶加速度矢量A_t′以及二阶加速度矢量A_t″；

本步骤中，考虑到了卫星与地面目标之间的相对运动，并应用了偏航导引技术对雷达的波束指向及姿态变化进行补偿，使波束指向总是垂直于航迹方向。

步骤113：依据所述状态矢量，利用公式(1)至(4)计算星载SAR高阶多普勒参数；

所述星载SAR高阶多普勒参数包括：卫星多普勒中心f_dc，多普勒调频率f_1r，二阶多普勒调频率f_2r，三阶多普勒调频率f_3r；

$f_{\mathrm{dc}}=-\frac{2R^{\text{'}}}{\mathrm{\λ}}=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}\frac{(r_s-r_t)(v_s-v_t)}{R}---\left(1\right)$

$f_{1r}=-\frac{2R^{\text{'}}}{\mathrm{\λ}}=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}[\frac{{(v_s-v_t)}^2}{R}+\frac{(A_s-A_t)(r_s-r_t)}{R}-\frac{{\mathrm{\λ}}^2{f}_{\mathrm{dc}}^2}{4R}]---\left(2\right)$

$f_{2r}=-\frac{2R^{\left(3\right)}}{\mathrm{\λ}}=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}[\frac{3(v_s-v_t)(A_s-A_t)}{R}+\frac{(r_s-r_t)(A_s^{\text{'}}-A_t^{\text{'}})}{R}-\frac{3{\mathrm{\λ}}^2{f}_{\mathrm{dc}}{f}_{1r}}{4R}]---\left(3\right)$

$f_{3r}=-\frac{2R^{\left(4\right)}}{\mathrm{\λ}}=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}[\frac{3{(A_s-A_t)}^2}{R}+\frac{4(v_s-v_t)(A_s^{\text{'}}-A_t^{\text{'}})}{R}+\frac{(r_s-r_t)(A_s^{\text{'}}-A_t^{\text{'}})}{R}-\frac{3{\mathrm{\λ}}^2{f}_{1r}^2}{4R}-\frac{{\mathrm{\λ}}^2{f}_{\mathrm{dc}}{f}_{2r}}{R}]---\left(4\right)$

其中，矢量R、标量R均为已知量，分别表示雷达到地面目标的距离矢量及距离标量；λ为雷达波长。

步骤114：依据所述高阶多普勒参数，建立超高分辨率下的星载SAR斜距模型；

这里，与传统星载SAR等效斜距模型利用直线轨迹来模拟轨道，而轨道弯曲特性仅由二阶星载SAR多普勒参数来进行部分补偿不同，本发明精确地考虑到轨道弯曲对星载SAR的影响，依据高阶多普勒参数的计算公式(1)至(4)，建立了与所述高阶多普勒参数有关的星载SAR斜距模型，如公式(5)所示：

R(η)＝r₀+k₁η+k₂η²+k₃η³+k₄η⁴               (5)

其中，r₀为雷达到地面目标的最近斜距，η为方位向时间；参数k₁～k₄与上述高阶多普勒参数的关系如公式(6)所示：

$k_1=-\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},$ $k_2=-\frac{\mathrm{\λ}{f}_{1r}}{4},$ $k_3=-\frac{\mathrm{\λ}{f}_{2r}}{12},$ $k_4=-\frac{\mathrm{\λ}{f}_{3r}}{48}---\left(6\right)$

这里，由本发明的星载SAR斜距模型计算出的雷达至地面目标的斜距，与采用基于数值法计算出的雷达至地面目标的斜距相比，误差非常小，所以可利用本发明的星载SAR斜距模型来代替传统的星载SAR斜距模型进行成像处理。

步骤115：根据步骤112得到的状态矢量，采用所述数值法计算雷达至地面目标的斜距，并设置其工作模式为滑动聚束模式，生成时域SAR回波信号，并利用方位预处理技术去除滑动聚束模式下的方位频谱模糊；

这里，高分辨率星载SAR或超高分辨率星载SAR对方位带宽的要求较高，因此，本发明中采用滑动聚束模式来获取高方位带宽；同时，滑动聚束模式虽避免了高脉冲重复频率的要求，但也带来了方位频谱模糊的问题；为消除方位频谱模糊，利用Deramp方法这一经典的方位预处理技术进行处理。

步骤116：依据所述星载SAR斜距模型及级数反演方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

这里，现有技术中通常利用驻定相位原理对方位频域信号进行求解，但是求解过程中会出现三阶多项式导致求解困难，本发明通过采用级数反演的方法来获取驻定相位点，从而得到了所述二维频谱模型，具体的：

首先，对基于公式(5)所示斜距模型的星载SAR回波信号进行距离向傅里叶变换(FFT，Fourier Transform)，得到如下表示式：

$S(f_r,\mathrm{\η})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)R\left(\mathrm{\η}\right)}{c}\}\exp \{-j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\}---\left(7\right)$

其中，c为光速，f_c为载频，f_r为距离向频率轴，K_r为距离向调频率。

关于方位向时间η对公式(7)作方位向FFT，得到公式(8)：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\∫}_{-\frac{T}{2}}^{\frac{T}{2}}\exp \{-\mathrm{j\φ}(r_0,f_r,\mathrm{\η})\}\mathrm{d\η}---\left(8\right)$

其中， $\mathrm{\φ}(r_0,f_r,\mathrm{\η})=-\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}+\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)(r_0+k_1\mathrm{\η}+k_2{\mathrm{\η}}^2+k_3{\mathrm{\η}}^3+k_4{\mathrm{\η}}^4)}{c}-2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{\η}}\mathrm{\η}---\left(9\right)$

其中，f_η为方位向频率轴；T为方位向合成孔径时间。

根据驻定相位原理，应取时η的表示式，但是求导后的η表达式存在三阶多项式，使计算过程十分复杂。因此本发明采用了级数反演方法来计算η的表示式，具体计算过程可参考级数反演的说明，此处不再赘述。将级数反演方法的计算结果带入公式(9)，并利用级数展开公式得到进行关于M的四阶展开式，从而获取所述的二维频谱模型表示式，如公式(10)所示：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})\≈-\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_0-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_0-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_0-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_0)-\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}---\left(10\right)$

其中，≈表示近似， $M=-\frac{c{f}_{\mathrm{\η}}}{2(f_c+f_r)}+\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},$ ${\mathrm{\α}}_0=\frac{1}{2k_2},$ ${\mathrm{\β}}_0=-\frac{3k_3}{8k_2^3},$ ${\mathrm{\γ}}_0=\frac{9k_3^2-4k_2{k}_4}{16k_2^5}.$

关于距离向频率f_r对公式(10)进行级数的展开，得到近似的星载SAR的二维频谱模型，如公式(11)所示：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3---\left(11\right)$

其中，Φ_azi(r₀，f_η)为方位调制相位项，Φ_RCM(r₀，f_η)·f_r为距离徙动相位项， ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2$ 为二阶耦合项、 ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3$ 为三阶耦合项。

步骤12：通过将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘消除所述二维频谱模型在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，再对经消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换，通过插值方式、具体为Sinc插值校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，通过方位压缩消除所述二维频谱模型的方位调制相位项；根据消除方位调制相位项后的所述二维频谱模型得到聚焦后SAR图像。

这里，所述步骤12由计算机来完成；图3为所述步骤12的具体实施例示意图，如图3所示，所述步骤12包括：

步骤121：将公式(11)所示的二维频谱模型与公式(12)所示的参考函数相乘，消除了所述二维频谱模型中的在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，但还存在有其它斜距处的剩余高阶耦合相位项及残留距离徙动相位项；

对消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换；

$H_{\mathrm{RFM}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_{\mathrm{ref}}-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})+j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\}---\left(12\right)$

其中，exp{}表示以e为底数的指数函数，j表示虚数单位，r_ref为参考斜距；α_ref、β_ref、γ_ref为参考斜距处的斜距模型参数；这里，称作距离向逆傅立叶变换之后的所述残留距离徙动相位项为残留距离徙动量。

步骤122：对作距离向逆傅立叶变换处理后的信号作辛格Sinc插值处理，通过所述Sinc插值校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；

具体的，将作距离向逆傅立叶变换后的信号在距离多普勒域进行Sinc插值来校正残留距离徙动量，所述残留距离徙动量表示为：

${\mathrm{RCM}}_{\mathrm{diff}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2[{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2+2f_{\mathrm{dc}}(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})]}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})$

$+\frac{{\mathrm{\λ}}^3[2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3+3f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})---\left(13\right)$

$-\frac{{\mathrm{\λ}}^4[3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4+4f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3]}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})$

这里，公式(12)的参考函数只对参考斜距处的地面目标的高阶耦合相位项完全进行了补偿，但是在其他斜距处仍然存在高阶耦合相位项，所述其他斜距处的高阶耦合相位项称之为剩余高阶耦合相位项，所述剩余高阶耦合相位项的表达式如公式(14)所示：

Φ_res(r₀，f_r，f_η)＝[Φ_PTRS(r₀，f_r，f_η)-Φ_PTRS(r_ref，f_r，f_η)]

-[Φ_RCM(r₀，f_η)·f_r-Φ_RCM(r_ref，f_η)·f_r]   (14)

-[Φ_azi(r₀，f_η)-Φ_azi(r_ref，f_η)]

步骤123：通过对校正后的二维频谱模型作距离分块，补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项；

为对公式(14)所述的剩余高阶耦合相位项进行补偿，本发明采用距离分块补偿方式；

具体的，将步骤122的输出先作距离向傅立叶变换到二维频域，再与公式(15)所示的相位补偿表达式相乘。

Φ_comp(r_Mn，f_r，f_η)＝[Φ_PTRS(r_Mn，f_r，f_η)-Φ_PTRS(r_ref，f_r，f_η)]

-[Φ_RCM(r_Mn，f_η)·f_r-Φ_RCM(r_ref，f_η)·f_r]  (15)

-[Φ_azi(r_Mn，f_η)-Φ_azi(r_ref，f_η)]

其中，r_Mn为第n个距离子块的中心斜距，(n为正整数)；Φ_RCM(r_ref，f_η)·f_r为在r_Mn点的距离徙动相位项，Φ_azi(r_ref，f_η)为在r_ref点的方位调制相位项。

本发明中，将每个距离分块的中心斜距处的剩余高阶耦合相位项作为每个子块的相位补偿表达式。

步骤124：对距离分块补偿处理后的所述二维频谱模型作方位压缩处理，根据消除方位调制相位项的信号模型从而得到聚焦后的SAR图像；

将所述步骤123的输出与公式(16)所示的方位匹配滤波器相乘，并对相乘后的结果作方位向逆傅立叶变换，即可得到聚焦后的星载SAR图像。

$H_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}[\frac{{\mathrm{\λ}}^2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})-\frac{{\mathrm{\λ}}^3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\left]\right\}---\left(16\right)$

基于上述超高分辨率星载SAR成像处理方法，本发明还记载了一种超高分辨率星载SAR成像处理装置，如图4(a)、(b)所示，所述装置包括：建立单元41、第一消除单元42、变换单元43、校正单元44、补偿单元45、第二消除单元46及成像单元47；其中，

所述建立单元41，用于建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

所述第一消除单元42，用于通过将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘，消除所述二维频谱模型在参考斜距处的距离徙动相位项和高阶耦合相位项；

所述变换单元43，用于对经所述第一消除单元42处理后的所述二维频谱模型作距离向逆傅立叶变换；

所述校正单元44，用于利用插值方式、具体为Sinc插值方式校正所述变换单元43处理后的所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；

所述补偿单元45，用于利用距离分块补偿方式补偿所述校正单元44处理后的所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项；

所述第二消除单元46，用于通过方位压缩方式消除所述补偿单元45处理后的所述二维频谱模型中的方位调制相位项；

所述成像单元47，用于根据所述第二消除单元46处理后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。

进一步的，所述建立单元41包括：第一建立子单元411、第一计算子单元412、第二计算子单元413、第二建立子单元414、生成子单元415、去除子单元416及第三建立子单元417；

其中，所述第一建立子单元411，用于建立星载平台，具体是建立星载平台的轨道六根数和地面成像场景；

所述第一计算子单元412，用于在所述第一建立子单元411建立的星载平台及地球惯性坐标系下计算卫星和地面目标的状态矢量；

所述第二计算子单元413，用于依据所述第一计算子单元412计算出的所述状态矢量，并利用公式(1)至(4)计算星载SAR高阶多普勒参数；

所述第二建立子单元414，用于依据所述第二计算子单元413计算出的高阶多普勒参数，建立如公式(5)所示的星载SAR斜距模型；

所述生成子单元415，用于依据所述第一计算子单元412计算出的星载SAR状态矢量及设置的滑动聚束模式，生成滑动聚束模式下的时域SAR回波信号；

所述去除子单元416，用于利用方位预处理技术去除所述回波信号的方位频谱模糊；

所述第三建立子单元417，用于依据公式(5)所述星载SAR斜距模型及级数反演，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

其中，所述第三建立子单元417，对基于公式(5)所示斜距模型的星载SAR回波信号进行距离向傅里叶变换，得到公式(7)所示的表达式，再对公式(7)作关于方位向时间η的方位向傅立叶变换，得到公式(8)的表达式，再利用级数反演方法得到的计算结果带入公式(9)，得到公式(10)所示的星载SAR二维频谱模型，再对公式(10)所示的二维频谱模型作级数的展开，得到公式(11)所示的展开二维频谱模型，所述二维频谱模型的表达式包括：方位调制相位项Φ_azi(r₀，f_η)，距离徙动相位项Φ_RCM(r₀，f_η)·f_r及高阶耦合相位项和 ${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3.$

所述第一消除单元42将公式(10)或公式(11)所示的二维频谱模型与公式(12)所示的参考函数进行相乘；这里，所述第一消除单元42经过与所述参考函数相乘，只是消除了所述二维频谱模型在参考距离处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，但是仍然存在有其它距离处的残留距离徙动量和如公式(14)所示的剩余高阶耦合相位项，剩余高阶耦合相位项的存在严重限制了SAR的聚焦深度。

所述变换单元43对经所述第一消除单元42处理后的所述二维频谱模型作距离向逆傅立叶变换得到公式(12)所示的表达式。

所述校正单元44将经所述变换单元43处理后的所述二维频谱模型进行Sinc插值处理，以校正二维频谱模型中的残留距离徙动量，所述残留距离徙动量的表达式如公式(13)所示。

所述补偿单元45进一步包括：第一变换子单元451及相乘子单元452；其中，所述第一变换子单元451对经所述校正单元44处理后的所述二维频谱模型作距离向傅立叶变换，并将变换结果输出至所述相乘子单元452；所述相乘子单元452将接收到的结果与公式(15)所示的相位补偿表达式相乘。

所述第二消除单元46进一步包括：匹配子单元461和第二变换子单元462；其中，所述匹配子单元461，用于将经所述补偿单元45处理后的、具体的经所述相乘子单元452处理后的所述二维频谱模型与公式(16)所示的方位匹配滤波器相乘，并对相乘后的结果输出至所述第二变换子单元462；所述第二变换子单元462将接收到的结果作方位向逆傅立叶变换，触发所述成像单元47得到星载SAR聚焦后的图像。

在对本发明的装置进行说明时，所涉及的卫星和地面目标的状态矢量、星载SAR高阶多普勒参数等概念、公式(1)至(16)等表达式请参见本发明的方法中作出的解释，这里不再赘述。

本领域技术人员应当理解，图4中所示的超高分辨率星载SAR成像处理装置中的各处理单元的实现功能可参照前述成像方法的相关描述而理解。本领域技术人员应当理解，图4所示的超高分辨率星载SAR成像处理装置中各处理单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。

图5(a)为基于传统星载SAR等效斜距模型成像处理的聚焦特性示意图；图5(b)为本发明的聚焦特性示意图。结合图5(a)、(b)，对本发明的成像方法的聚焦特性作进一步的说明。

本实施例中，采用如表1所示的参数；距离向10千米(km，kilometer)、方位向4km；均匀布置9个地面目标(PT1-PT9)，距离向间隔为5km，方位向间隔为2km，方位向分辨率为0.3米，斜距分辨率为0.13米。

参数	取值	参数	取值
				近地点高度	668km	载频	9.6GHz
离心率	0.0011	带宽	1000MHz
				轨道倾角	98°	距离向采样率	1133MHz
升交点赤经	0°	发射脉宽	2μs
				近地点幅角	90°	滑动因子	0.1
卫星纬度角	45°	天线长度	6m
				最近斜距	827.3km	脉冲重复频率	4560Hz
旋转斜距	919.2km	卫星速度	7608.34m/s

下视角

35°

照射时间

10.89s

表1

图5(a)所示的PT3、PT5及PT7三个地面目标的聚焦特性图没有形成中心聚点，散焦严重；而图5(b)所示PT3、PT5及PT7三个地面目标均形成了中心聚点，聚焦特性良好。

表2

表2反映了PT1至PT9共9个地面目标的定位能力，如表2所示，聚焦后的位置与原位置之间的位置差即二维位置偏移较小，本发明的成像方法的定位特性良好、精度较高。

本发明提供的超高分辨率星载SAR成像处理方法及装置，先建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；通过所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘消除所述二维频谱模型在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，再对经消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换，通过Sinc插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述高阶耦合相位项中的剩余高阶耦合相位项，通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项；根据消除方位调制相位项后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。本发明考虑到对弯曲轨道的成像处理，进而提出了精确的二维频谱模型，并对所述二维频谱模型中的各项的进行依次消除或补偿，从而得到高质量的高分辨下的星载SAR图像，同时具有良好的定位能力，能够满足高分辨应用的需求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述方法包括：

建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

通过所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘消除所述二维频谱模型的在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项，再对经消除处理后的信号作距离向逆傅立叶变换，并通过插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，再通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项；

根据消除方位调制相位项后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。

2.根据权利要求1所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，在所述建立星载SAR回波信号的二维频谱模型之前，所述方法还包括：

计算卫星和地面目标的状态矢量；

依据所述状态矢量计算星载SAR高阶多普勒参数；

依据所述高阶多普勒参数，建立星载SAR斜距模型；

依据所述星载SAR状态矢量及设置的滑动聚束模式，生成SAR回波信号，并利用方位预处理技术去除所述回波信号的方位频谱模糊。

3.根据权利要求2所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述插值方式，包括：Sinc插值方式。

4.根据权利要求3所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述建立星载SAR回波信号的二维频谱模型包括：

依据所建立的星载SAR斜距模型及级数反演方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型：其中，所述二维频谱模型Φ_PTRS(r₀,f_r,f_η)的表达式为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})\≈-\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_0-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_0-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_0-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_0)-\frac{\mathrm{\π}{f_r}^2}{K_r};$

将上式级数展开得到：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(f_0,f_{\mathrm{\η}})+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3;$

其中，≈表示近似， $M=-\frac{{\mathrm{cf}}_{\mathrm{\η}}}{2(f_c+f_r)}+\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},{\mathrm{\α}}_0=\frac{1}{2k_2},{\mathrm{\β}}_0=-\frac{3k_3}{8k_2^3},{\mathrm{\γ}}_0=\frac{{9k}_3^2-4k_2{k}_4}{16k_2^5},$ c为光速，f_c为载频，f_r为距离向频率轴，f_η为方位向频率轴，K_r为距离向调频率，r₀为雷达到地面目标的最近斜距，f_dc为卫星多普勒中心，λ为雷达波长、f_1r为多普勒调频率，f_2r为二阶多普勒调频率，f_3r为三阶多普勒调频率，Φ_azi(r₀,f_η)为方位调制相位项，Φ_RCM(r₀,f_η)·f_r为距离徙动相位项，为二阶耦合项，为三阶耦合项，所述高阶耦合相位项包括：二阶耦合项及三阶耦合项。

5.根据权利要求4所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述二维频谱模型对应的参考函数H_RFM(r_ref,f_r,f_η)的表达式为：

$H_{\mathrm{RFM}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_{\mathrm{ref}}-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})+j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\};$

其中，exp{}表示以e为底数的指数函数，j表示虚数单位；r_ref为参考斜距，α_ref、β_ref、γ_ref为参考斜距处的斜距模型参数。

6.根据权利要求5所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述通过插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量，包括：

将所述二维频谱模型作距离向傅立叶逆变换后，利用Sinc插值方式校正所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；其中，所述残留距离徙动量的表达式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{RCM}}_{\mathrm{diff}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2[{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2+2f_{\mathrm{dc}}(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})]}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})\\ +\frac{{\mathrm{\λ}}^3[2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3+3f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2]}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})\\ -\frac{{\mathrm{\λ}}^4[3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4+4f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4]}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\end{array}.$

7.根据权利要求6所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述通过距离分块补偿方式补偿所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项，包括：

对所述二维频谱模型中的残留距离徙动量作校正处理后的信号作距离向傅立叶变换，再与相位补偿表达式相乘；所述相位补偿表达式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{comp}}(r_{\mathrm{Mn}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_{\mathrm{Mn}},f_r,f_{\mathrm{\η}})-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})]\\ -[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_{\mathrm{Mn}},f_{\mathrm{\η}})\·f_r-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_{\mathrm{ref}},f_{\mathrm{\η}})\·f_r]\\ -[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_{\mathrm{Mn}},f_{\mathrm{\η}})-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_{\mathrm{ref}},f_{\mathrm{\η}})]\end{array}$

其中，_rMn为第n个距离子块的中心斜距，n为正整数，Φ_RCM(r_Mn,f_η)·f_r为在_rMn点的距离徙动相位项，Φ_azi(r_ref,f_η)为在_rref点的方位调制相位项。

8.根据权利要求7所述的超高分辨率星载SAR成像处理方法，其特征在于，所述通过方位压缩方式消除所述二维频谱模型的方位调制相位项，包括：

对距离分块补偿后的信号与方位匹配滤波器相乘，并对相乘后的结果作方位向逆傅立叶变换；其中，所述方位匹配滤波器的表达式为：

$H_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}[\frac{{\mathrm{\λ}}^2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})-\frac{{\mathrm{\λ}}^3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\left]\right\}.$

9.一种超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述装置包括：建立单元、第一消除单元、变换单元、校正单元、补偿单元、第二消除单元及成像单元；其中，

所述建立单元，用于建立星载SAR回波信号的二维频谱模型；

所述第一消除单元，用于通过将所述二维频谱模型与其对应的参考函数相乘，消除所述二维频谱模型的在参考斜距处的距离徙动相位项及高阶耦合相位项；

所述变换单元，用于对所述第一消除单元处理后的所述二维频谱模型作距离向逆傅立叶变换；

所述校正单元，用于利用插值方式校正所述变换单元处理后的所述二维频谱模型中的残留距离徙动量；

所述补偿单元，用于利用距离分块补偿方式补偿所述校正单元处理后的所述二维频谱模型中的剩余高阶耦合相位项；

所述第二消除单元，用于通过方位压缩方式消除所述补偿单元处理后的所述二维频谱模型的方位调制相位项；

所述成像单元，用于根据所述第二消除单元处理后的所述二维频谱模型得到聚焦后的SAR图像。

10.根据权利要求9所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述校正单元通过利用Sinc插值方式校正所述变换单元处理后的所述二维频谱模型中的残留距离徙动量。

11.根据权利要求10所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，

所述二维频谱模型的表达式为：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})\≈-\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_0-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_0-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_0-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_0)-\frac{\mathrm{\π}{f_r}^2}{K_r};$

将上述级数展开得到：

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_0,f_r,f_{\mathrm{\η}})={\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(f_0,f_{\mathrm{\η}})+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}2}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^2+{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{az}\_\mathrm{rg}3}(r_0,f_{\mathrm{\η}})\·f_r^3;$

所述二维频谱模型对应的参考函数H_RFM(r_ref,f_r,f_η)的表达式为：

$H_{\mathrm{RFM}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{j\frac{4\mathrm{\π}(f_c+f_r)}{c}(r_{\mathrm{ref}}-\frac{M^2}{2}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^3}{3}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}}-\frac{M^4}{4}{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})+j\frac{\mathrm{\π}{f}_r^2}{K_r}\};$

其中，≈表示近似， $M=-\frac{{\mathrm{cf}}_{\mathrm{\η}}}{2(f_c+f_r)}+\frac{\mathrm{\λ}{f}_{\mathrm{dc}}}{2},{\mathrm{\α}}_0=\frac{1}{2k_2},{\mathrm{\β}}_0=-\frac{3k_3}{8k_2^3},{\mathrm{\γ}}_0=\frac{{9k}_3^2-4k_2{k}_4}{16k_2^5},$ c为光速，f_c为载频，f_r为距离向频率轴，f_η为方位向频率轴，K_r为距离向调频率，r₀为雷达到地面目标的最近斜距，f_dc为卫星多普勒中心，λ为雷达波长、f_1r为多普勒调频率，f_2r为二阶多普勒调频率，f_3r为三阶多普勒调频率，Φ_azi(r₀,f_η)为方位调制相位项，Φ_RCM(r₀,f_η)·f_r为距离徙动相位项，为二阶耦合项，为三阶耦合项，exp{}表示以e为底数的指数函数，j表示虚数单位，r_ref为参考斜距，α_ref、β_ref、γ_ref为参考斜距处的斜距模型参数。

12.根据权利要求11所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述建立单元包括：第一计算子单元、第二计算子单元、第二建立子单元、生成子单元、去除子单元及第三建立子单元；其中，

所述第一计算子单元，用于计算卫星和地面目标的状态矢量；

所述第二计算子单元，用于依据所述状态矢量，计算星载SAR高阶多普勒参数；

所述第二建立子单元，用于依据高阶多普勒参数，建立星载SAR斜距模型；

所述生成子单元，用于依据星载SAR状态矢量及设置的滑动聚束模式，生成SAR回波信号；

所述去除子单元，用于利用方位预处理技术去除所述回波信号的方位频谱模糊；

所述第三建立子单元，依据所建立的星载SAR斜距模型和级数反演方法，建立星载SAR回波信号的二维频谱模型。

13.根据权利要求12所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述校正单元将所述变换单元处理后的所述二维频谱模型在距离多普勒域通过Sinc插值方式进行残留距离徙动量的校正；其中，所述残留距离徙动量表示为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{RCM}}_{\mathrm{diff}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=-\frac{{\mathrm{\λ}}^2[{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2+2f_{\mathrm{dc}}(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})]}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})\\ +\frac{{\mathrm{\λ}}^3[2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3+3f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2]}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})\\ -\frac{{\mathrm{\λ}}^4[3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4+4f_{\mathrm{dc}}{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4]}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\end{array}.$

14.根据权利要求13所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述补偿单元包括：第一变换子单元及相乘子单元；其中，

所述第一变换子单元，用于对所述校正单元处理后的所述二维频谱模型作距离向傅立叶变换；

所述相乘子单元，用于所述第一变换子单元处理后的所述二维频谱模型与相位补偿表达式相乘；

其中，所述相位补偿表达式为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{comp}}(r_{\mathrm{Mn}},f_r,f_{\mathrm{\η}})=[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_{\mathrm{Mn}},f_r,f_{\mathrm{\η}})-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{PTRS}}(r_{\mathrm{ref}},f_r,f_{\mathrm{\η}})]\\ -[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_{\mathrm{Mn}},f_{\mathrm{\η}})\·f_r-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RCM}}(r_{\mathrm{ref}},f_{\mathrm{\η}})\·f_r]\\ -[{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_{\mathrm{Mn}},f_{\mathrm{\η}})-{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{azi}}(r_{\mathrm{ref}},f_{\mathrm{\η}})]\end{array};$

其中，_rMn为第n个距离子块的中心斜距，n为正整数，Φ_RCM(r_Mn,f_η)为在_rMn点的残留距离徙动量，Φ_azi(r_ref,f_η)为在_rref点的方位调制相位项。

15.根据权利要求14所述的超高分辨率星载SAR成像处理装置，其特征在于，所述第二消除单元包括：匹配子单元及第二变换子单元；其中，

所述匹配子单元，用于将经所述补偿单元处理后的所述二维频谱模型与方位匹配滤波器相乘；

所述第二变换子单元，用于将经所述匹配子单元处理后的所述二维频谱模型作方位向逆傅立叶变换；其中，所述方位匹配滤波器的表达式为：

$H_{\mathrm{azi}}(r_0,f_{\mathrm{\η}})=\exp \{-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}[\frac{{\mathrm{\λ}}^2{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^2}{8}({\mathrm{\α}}_0-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{ref}})-\frac{{\mathrm{\λ}}^3{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^3}{24}({\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ref}})+\frac{{\mathrm{\λ}}^4{(f_{\mathrm{\η}}-f_{\mathrm{dc}})}^4}{64}({\mathrm{\γ}}_0-{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ref}})\left]\right\}.$