A SAR motion compensation algorithm based on Chirplet transform

doi:10.7523/j.ucas.2024.035

Abstract

Abstract:

As the resolution of airborne synthetic aperture radar continues to improve， motion compensation has become a core link to ensure high-quality imaging. This paper conducts an in-depth analysis of the motion error of chirped pulse SAR， and proposes a Chirplet transform motion compensation algorithm based on original echo data to address the problem of non-space-variant phase error compensation of SAR. This algorithm uses Chirplet transform for time-frequency analysis to accurately characterize the phase error in the echo data， uses maximum likelihood estimation to extract the modulation frequency of the phase error， and solves the phase error for motion compensation. Compared with the PGA algorithm， this algorithm does not need to rely on strong scattering points and can achieve better image focusing performance in the presence of large phase errors. Compared with the MD subaperture algorithm， this algorithm performs frequency modulation rate estimation for each point， resulting in a more precise estimation. Finally， simulation experiments and quantitative analysis verified the effectiveness of the algorithm.

Key words: airborne SAR, Chirplet transform, time frequency analysis, motion compensation

CLC Number:

TN958.2

Qianli MA, Qunying ZHANG, Guohua ZHANG, Wei LU, Xiaojun LIU. A SAR motion compensation algorithm based on Chirplet transform[J]. Journal of University of Chinese Academy of Sciences, 2026, 43(1): 70-79.

Figures/Tables 12

Fig.1 Airborne SAR motion model

Fig.2 Schematic diagram of frequency rotation and shift factor effects in Chirplet transform of linear frequency modulation signals

Fig.3 Chirplet transform results of SAR echo data containing phase error

Fig.4 Overall process of compensation algorithm

Table 1 Simulation parameters

参数	值
中心频率/GHz	5
信号带宽/MHz	200
信号脉宽/μs	1.5
合成孔径长度/m	200
载机速度/（m/s）	100
载机高度/m	2 000
脉冲重复频率/Hz	200
距离向中心距离/m	10 000
方位向中心距离/m	0

Fig.5 Basic RD algorithm imaging results

Table 2 Phase error estimation parameter settings

参数	值
调频率估计范围	0~1 000
调频率扫描点数	1 000
窗函数长度/s	0.2
距离向扫描范围/m	200~600
迭代次数	10

Fig.6 Harmonic phase error compensation results based on the algorithm of this paper

Fig.7 Quadratic phase error compensation results based on the algorithm of this paper

Fig.8 Phase compensation effect of PGA and MD sub-aperture algorithms

Fig.9 Comparison of compensation effects for harmonic phase errors

Table 3 Correlation coefficient table

	相关系数
	未补偿	PGA算法补偿	子孔径MD算法补偿	本文算法补偿
谐波相位误差	0.331 1	0.529 3	0.847 6	0.971 3
二次相位误差	0.332 6	0.575 2	0.852 8	0.983 5

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