基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法及装置

1.一种基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，所述方法包括：采用广角凝视SAR接收原始回波信号，对所述原始回波信号进行距离压缩，并将整个孔径分为多个重叠子孔径，采用BP成像算法对子孔径进行粗成像；根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对相位误差进行估计；根据相位误差与斜距误差的关系，对子孔径轨迹进行粗校正，得到粗校正轨迹；根据所述粗校正轨迹，采用BP成像算法对子孔径进行成像，将成像区域划分为多个子区域，对每个子区域采用后向投影自聚焦算法和加权最小二乘法估计轨迹误差，并对所述粗校正轨迹进行精确补偿，得到精确补偿轨迹；基于重叠子孔径，采用Kabsch算法将不同子孔径的所述精确补偿轨迹相配准，得到配准后的轨迹位置；根据配准后的轨迹位置采用自回归BP成像算法进行视频帧成像。 2.根据权利要求1所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，采用广角凝视SAR接收原始回波信号，对所述原始回波信号进行距离压缩，并将整个孔径分为多个重叠子孔径，采用BP成像算法对子孔径进行粗成像，包括：采用广角凝视SAR接收原始回波信号，对所述原始回波信号进行距离压缩；将整个孔径划分为多个重叠子孔径；其中重叠子孔径的重叠率为：其中， 表示重叠子孔径的重叠率， 、 分别表示第 个子孔径的起始时间和终止时间，且满足 ；根据测量的轨迹位置、实际轨迹位置以及点目标的位置，采用BP成像算法对子孔径进行粗成像，得到每个子孔径的粗成像图像；其中，第 个子孔径的粗成像图像为：其中， 表示 时刻， 表示第 个子孔径的粗成像图像， 表示单个回波的成像结果， 表示 时刻测量的轨迹位置， 表示 时刻测量的轨迹位置到成像网格 的距离， 表示成像网格， 表示 时刻实际轨迹位置到点目标的位置的距离， 表示点目标的位置， 表示 时刻实际轨迹位置， 是光速， 为二范数， 表示带宽， 表示雷达发射载频。 3.根据权利要求1所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对相位误差进行估计；根据相位误差与斜距误差的关系，对子孔径轨迹进行粗校正，得到粗校正轨迹，包括：根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对轨迹误差引起的相位误差进行估计，得到相位误差估计结果；根据所述相位误差估计结果，确定斜距误差为：其中， 为由轨迹误差引起的斜距误差， 为相位误差估计结果， 为第 个回波发射的时刻， 为相位解缠绕函数；根据所述斜距误差对子孔径轨迹进行粗校正，得到粗校正轨迹；第 个脉冲粗补偿的轨迹位置为：其中， 表示第 个子孔径第 个脉冲粗补偿的轨迹位置， 表示第 个脉冲测量的轨迹位置， 表示第 个脉冲由轨迹误差引起的斜距误差， 表示成像网格 的中心。 4.权利要求3所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对轨迹误差引起的相位误差进行估计，得到相位误差估计结果，包括：根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对轨迹误差引起的相位误差进行估计，确定待估计的相位误差为：其中， 表示待估计的相位误差， 为评价图像锐利度的函数， 为 的脉冲个数， 、 分别表示第 个子孔径的起始时间和终止时间，且满足 ， 为第 个脉冲所对应的慢时间， 表示单个回波的成像结果； 表示 时刻， 表示成像网格；将待估计的相位误差视为多维空间中的一点，并采用坐标下降法对其进行估计，得到相位误差估计结果。 5.权利要求1所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，根据所述粗校正轨迹，采用BP成像算法对子孔径进行成像，将成像区域划分为多个子区域，对每个子区域采用后向投影自聚焦算法和加权最小二乘法估计轨迹误差，并对所述粗校正轨迹进行精确补偿，得到精确补偿轨迹，包括：根据所述粗校正轨迹，采用BP成像算法对子孔径进行成像，将经过轨迹粗校正后的成像结果划分为 个子区域；对每个子区域采用后向投影自聚焦算法估计 时刻 到对应子区域的中心的斜距误差；第 个子区域对应的斜距误差估计结果为：其中， 表示第 个子区域对应的斜距误差估计结果， 表示系数向量， 为 时刻第 个子孔径的轨迹误差向量， 分别为 时刻第 个子孔径的轨迹误差向量在 x 、 y 、 z 方向的值， 表示第 个子孔径粗补偿的轨迹位置向量， 表示实际轨迹位置向量， 为 时刻 到 的瞬时斜视角， 为 时刻 到 的俯仰角；根据所有子区域对应的斜距误差估计结果，得到关于轨迹误差向量的超定方程为：采用加权最小二乘法对所述超定方程进行求解，得到轨迹误差估计值 ；根据所述轨迹误差估计值对所述粗补偿的轨迹位置进行补偿，得到精确补偿轨迹。 6.根据权利要求5所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，根据所述轨迹误差估计值对所述粗补偿的轨迹位置进行补偿，得到精确补偿轨迹为：其中， 表示第 个子孔径精确补偿轨迹向量， 表示第 个子孔径粗补偿的轨迹位置向量， 表示轨迹误差向量。 7.根据权利要求1所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，基于重叠子孔径，采用Kabsch算法将不同子孔径的所述精确补偿轨迹相配准，得到配准后的轨迹位置，包括：根据第 和第 个子孔径的精确补偿轨迹向量和重叠轨迹的脉冲个数，计算第 和第 个子孔径两个轨迹的质心为：其中， 为 内脉冲数， 和 分别为第 和第 个子孔径的精确补偿轨迹向量， 表示第 个子孔径轨迹的质心， 表示第 个子孔径轨迹的质心， 和 的质心 、 分别表示第 个子孔径的起始时间和终止时间，且满足 ， ；根据第 和第 个子孔径的精确补偿轨迹向量以及对应轨迹质心，计算第 和第 个子孔径的精确补偿轨迹向量的协方差矩阵；对所述协方差矩阵进行奇异值分解，根据分解结果估计旋转矩阵 ；根据旋转矩阵的估计结果、第 和第 个子孔径轨迹的质心，得到平移矩阵的估计结果 ；根据第 个子孔径的精确补偿轨迹向量、估计的旋转矩阵和平移矩阵，得到完成配准的第 个子孔径的轨迹为：其中， 表示完成配准的第 个子孔径的轨迹， 表示估计的旋转矩阵， 表示估计的平移矩阵；根据配准的所有子孔径的轨迹，得到配准后的轨迹位置为：其中， 表示配准后的轨迹位置。 8.根据权利要求1所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，根据配准后的轨迹位置采用自回归BP成像算法进行视频帧成像，包括：根据配准后的轨迹位置采用自回归BP成像算法，将通过距离压缩后的回波信号投影到成像网格上，得到单个回波的成像结果为：其中， 表示 时刻的单个回波的成像结果； 为 时刻配准后的轨迹 到成像网格 的距离， 表示 时刻的实际轨迹位置到点目标的位置的距离， 表示光速， 表示雷达发射载频， 表示带宽，根据单个回波的成像结果，得到 时刻的视频帧图像为：式中， 表示 时刻的视频帧图像， 表示单个回波的成像结果， 为自回归模型的阶数， 为自回归模型的参数。 9.根据权利要求8所述基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像方法，其特征在于，自回归模型的阶数和参数通过等效回波系数和窗函数确定。 10.一种基于轨迹误差估计的广角凝视SAR视频成像装置，其特征在于，所述装置包括：粗成像模块，用于采用广角凝视SAR接收原始回波信号，对所述原始回波信号进行距离压缩，并将整个孔径分为多个重叠子孔径，采用BP成像算法对子孔径进行粗成像；自聚焦粗校正模块，用于根据粗成像图像采用后向投影自聚焦算法对相位误差进行估计；根据相位误差与斜距误差的关系，对子孔径轨迹进行粗校正，得到粗校正轨迹；自聚焦精确补偿模块，用于根据所述粗校正轨迹，采用BP成像算法对子孔径进行成像，将成像区域划分为多个子区域，对每个子区域采用后向投影自聚焦算法和加权最小二乘法估计轨迹误差，并对所述粗校正轨迹进行精确补偿，得到精确补偿轨迹；重叠部分配准模块，用于基于重叠子孔径，采用Kabsch算法将不同子孔径的所述精确补偿轨迹相配准，得到配准后的轨迹位置；视频帧成像模块，用于根据配准后的轨迹位置采用自回归BP成像算法进行视频帧成像。