太赫兹条带SAR的PFA成像与误差补偿方法

由于成像分辨率高、成像帧频高等优势，太赫兹合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)正日益受到广泛的关注。而太赫兹波束窄使得其成像幅宽相对较小，这也正好符合极坐标格式算法(Polar Format Algorithm, PFA)的应用场景。然而PFA是针对聚束SAR成像的，不能直接应用于条带SAR；同时随着太赫兹SAR分辨率的提升，PFA对运动误差的二维空变影响无法忽视。为解决以上问题，本文提出了一种太赫兹条带SAR的PFA成像与误差补偿方法。首先通过确定条带SAR与聚束SAR之间的补偿函数实现二者的等效转换，拓宽PFA的应用范围；其次在PFA处理前采用互相关方法进行运动误差的粗补偿以减小PFA对运动误差的二维耦合影响；最后在PFA之后采用最大对比度自聚焦算法进行运动误差精补偿来满足太赫兹SAR的成像要求。仿真实验结果验证了该方法的有效性和鲁棒性。

太赫兹(Terahertz， THz)条带合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种在太赫兹频段工作的雷达成像系统[1]。

THz 条带SAR 在微波SAR 的基础上结合太赫兹技术获得了更高的分辨率和成像帧频， 在近年来得到了广泛的关注[2]。

THz 波束在为条带SAR 带来高分辨率的同时， 其波束窄的特点也使得成像幅宽变得相对较小。这一特点也正好符合极坐标格式算法(Polar Format Algorithm, PFA)应用场景。

PFA 能够有效处理不同飞行轨迹和不同成像条件下的数据， 具有较高的适应性[3] [4]。

虽然涉及到极坐标到直角坐标的转换，但总体上，其流程简洁，可以高效地实现，尤其适用于实时或近实时的SAR 成像需求[5] [6]。然而PFA 作为一种聚束式成像算法，没有对条带信号直接处理的能力。条带信号中的同距离单元点目标多普勒中心相同，方位时间存在分别。而PFA 所处理的聚束信号则相反。并且条带SAR通常使用距离去调频来处理接收信号，聚束SAR 则采用二维去调频来处理。因此直接使用PFA 来处理条带数据的话，会因为信号模型的不同而导致插值不准确。要将PFA 应用在THz 条带SAR 中的话，需要在成像算法中增加数据转换的步骤[7]。

另一方面， 在实际应用中， 运动平台的非理想运动会导致运动误差， 从而产生方位相位误差(Azimuth Phase Error, APE)和距离单元徙动误差(Range Cell Migration, RCM) [8] [9]。

最终导致成像结果中出现散焦、虚影等现象，降低图像质量[10]。相比微波SAR，太赫兹SAR 对运动误差更为敏感。即使微小的运动误差也会导致图像质量显著降低。这对误差补偿提出了更高的要求，如二维运动误差和PFA 本身引入的额外误差[11] [12]。PFA 通过波数域的二维重采样实现SAR 图像的二维解耦。这会导致APE 和残余RCM发生二维耦合。考虑到太赫兹SAR 的误差敏感性，这种耦合会导致二维图像的散焦。此外，由于太赫兹SAR 的高分辨率，这种二维散焦会极大地干扰主散射体的选择，降低依赖于散射体选择的自聚焦算法的精度。因此PFA 在太赫兹SAR 的应用中还需要考虑其额外引入的二维误差问题。

考虑到上述两个问题，本文提出了一种太赫兹条带SAR 的PFA 成像与误差补偿方法。首先，针对探测模式不符的问题，通过比对条带SAR 与聚束SAR 的时频区别并结合相位结构分析，确定了两者之