小型无人机载SAR成像及图像预滤波处理方法研究.pdf

摘要

小型化、轻量化的无人机载SAR（UnmannedAerialVehiclesSyntheticAperture

Radar，UAVSAR）逐渐成为研究的热点。小型无人机易受气流扰动影响，偏离理想

航迹的运动误差造成方位平移不变假设失效；无人机飞行高度有限，对于大起伏目标

区域，成像处理中将目标区域设为平坦地形的常用假设不再成立。在高程未知的复杂

地形条件下，若将目标区域近似为平地进行简化处理，便会因雷达平台的运动误差与

目标区域的未知高程相互耦合而导致SAR图像严重散焦。同时，多航过干涉处理时，

空间位置不同的天线相对于同一目标存在视角上的差异，造成回波信号的频谱存在偏

移等现象，引入相位噪声，进而降低了干涉图像对的相干性。

本文针对低频段小型无人机载SAR成像与预滤波处理中的关键问题开展研究，

主要工作内容如下：

（1）基于成像平面优化的小型无人机载SAR成像算法

针对小型无人机载SAR面向高程未知的复杂区域成像时，运动误差与区域高程

耦合导致方位向出现严重散焦的问题，提出了一种基于成像面优化的小型无人机载

SAR成像方法。首先对成像处理过程中方位向散焦原因及斜距误差补偿进行分析；然

后对整个感兴趣场景构建不同高程的粗成像面依次进行BP（Back-Projection，后向投

影）成像处理，采用图像熵作为成像评价指标对成像面进行优化，获得最优粗平面；

接着以最优粗平面近似为感兴趣区域的地表高程，根据推导的阈值对该区域进行分块，

并在每个子区域内依次构建最优子平面，从而构建出最接近真实地形的最优成像面；

最后仿真与实测数据处理结果证明，本方法能有效解决小型UAVSAR面向高程未知

复杂区域，做成像处理时出现的散焦问题，能极大地提高成像质量。

（2）基于最优成像面辅助的低频段小型无人机载SAR预滤波方法

针对小型UAVSAR多航过重复干涉测量时，因天线空间位置不同导致主辅图像

对频谱偏移，降低相干性的问题，本文提出了一种基于最优成像面辅助的低频段小型

无人机载SAR预滤波方法。首先进行了频谱偏移分析，同时分析了高程未知复杂区

域对频谱偏移的影响及不同频段SAR回波二维频谱的区别；然后基于图像熵构建出

的目标区域最优成像面，联合公共带预滤波算法，可在二维频域滤除频谱偏移部分；

最后，仿真及实测数据处理结果表明，该方法能有效提高干涉图像对的相干性，为后

续干涉处理提供良好的数据支撑。

关键词：无人机载SAR非线性航迹图像熵最优成像面构建频谱偏移预滤波

Abstract

Theminiaturizedandlightweightunmannedaerialvehiclesyntheticapertureradar

(UAVSAR)isgraduallybecomingaresearchhotspot.However,duetotheinfluenceof

airflowdisturbance,theflighttrajectoriesofUAVsaredeviatesirregularlyfromtheideal

straightpath,whichisinvalidtheassumptionoftranslationalinvarianceintheazimuth

direction.Additionally,consideringthelimitedflightaltitudeoftheplatform,thecommonly

usedassumptionoftheflatgroundinimagingprocessingfailsfortargetareaswith

undulations.Undercomplexterrainconditionswheretheelevationisunknown,simplifying

thetargetareaasflatterrainwouldresultinseveredefocusingoftheSARi