大斜视直升机载太赫兹ViSAR振动补偿成像算法

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1、2016年12月北京航空航天大学学报December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．12http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001．5965．2015．0862大斜视直升机载太赫兹ViSAR振动补偿成像算法孙伟，孙进平，张远，张耀天+(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100083)摘要：太赫兹视频合成孔径

2、雷达(ViSAR)载波波长短，直升机载平台的微小高频振动将引起回波信号相位的显著变化，进而严重恶化ViSAR的成像性能。本文在建立斜视ViSAR平台振动成像几何模型的基础上，提出了大斜视模式下的振动相位误差补偿成像算法。该算法结合运动补偿原理，将斜视成像侧视化处理，然后采用改进的多普勒Keystone变换方法在二维频域校正由平台振动引起的距离单元徙动，最终在距离多普勒域实现振动相位误差补偿。仿真结果验证了该算法的有效性。关键词：太赫兹；大斜视；视频合成孔径雷达(ViSAR)；平台振动补偿；多普勒Key．st

3、one变换中图分类号：V221+．3；TB553文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)12．2755-07视频合成孔径雷达(VideoSyntheticApertureRadar，ViSAR)系统旨在天气条件恶劣的情况下实现堪比红外／可见光传感器系统的探测性能，且能够克服传统机载SAR成像速率低、慢动目标检测困难等问题，近年来已成为研究热点¨引。为实现对观察区域的高帧率成像，ViSAR系统需选用高频段载波。太赫兹波的频率范围在0．1—10THz之间，其能实现大信号带宽且对大气云层具有一定的穿

4、透能力，载波频率选用太赫兹波段的ViSAR系统具有分辨率高、成像帧速快、目标运动检测灵敏及抗天气干扰性强等优势，应用前景广阔”引。目前，针对太赫兹SAR成像已有一些研究和应用。文献[6]介绍了基于逆合成孔径雷达(ISAR)技术且采用线性调频连续波(FMCW)的太赫兹雷达成像系统，通过二维傅里叶变换法和反向投影(BP)算法实现二维高分辨率成像。文献[7]则在太赫兹时域雷达基础上，采用改进的BP算法对多种模型进行了系统的成像研究，验证了散射太赫兹时域信号的成像机制。文献[8]研究了140GHz的ISAR实时成像

5、系统，采用距离一多普勒(RD)算法等实现快速成像。然而，随着载波频率的升高，成像结果对平台运动误差越敏感，运动补偿难度也越大。对于气流干扰、飞行操作等因素造成的载机偏离航线等低频运动误差，SAR系统通常可基于运动传感器数据进行补偿，但对于机载平台高频振动，尽管其幅度微小不足以影响飞行航迹，却会对太赫兹频段回波的相位发生调制而恶化成像质量一。2I。高精度振动补偿是实现ViSAR功能的关键。直升机是未来ViSAR应用的主要平台之一，其飞行速度较快时振动幅度可达到数毫米¨⋯o。由于现有的运动传感器系统一般无法精确

6、测量毫米量级的位置偏移，因此实现ViSAR振动补偿需要基于回波数据对振动相位误差进行估计。相较于正侧视，工作在斜视模式的ViSAR波束指向更灵活，能对平台侧前方和侧后方进行多收稿日期：2015．12-30；录用15t期：2016-04—15；网络出版时间：2016-05-0414：06网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160504．1406．001．html基金项目：国家自然科学基金(61471019)$通讯作者：Tel．：0t0-$2338985E-m

7、ail：zhangyaotian@buaa．edu-en引用格式：孙伟，孙进平，张远，等．大斜视直升祝载太赫兹ViSAR振动补偿威像算法ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42fJ2)：2755．2761．SUNW。SUNJP，ZHANGy，eta1．Highsquinthelicopter—borneterahertzViSARvibrationcompensationimagingal·90rithmrJJ．joumaJofBeijingUniversityofAeronauticsandAstron

8、autics，2016，42(12)：2755—2761“nChinese)·2756北京航空航天大学学报2016生次成像，重访敏感区域；且能保证载机的隐蔽性和安全性等。因此斜视ViSAR在敌情侦查、战场打击等军事应用中具有明显优势¨5】。文献[16]讨论了一种基于回波数据的直升机载SAR振动补偿成像方法，本文基于此，针对斜视模式，提出了一种改进的平台高频振动补偿成像算法。该算法首先根据运动补偿原理在时域校正回波