[發明專利]一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法

有效

• 申請號: 201410394993.5
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104199031B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 胡程;曾濤;龍騰;王銳;毛二可;董錫超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 高燕燕,仇蕾安

技術領域

本發明涉及地球同步軌道合成孔徑雷達GEO?SAR成像領域，具體地說，是一種GEO?SAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法。

背景技術

在GEO?SAR成像中，電離層閃爍將造成目標回波信號的幅度和相位歷史發生劇烈起伏，從而導致成像聚焦質量嚴重下降。電離層閃爍主要發生于地球赤道與極地地區，中緯度地區發生概率較低，而GEO?SAR長合成孔徑時間和大觀測區域使得受閃爍影響的概率大幅度增加。因此，GEO?SAR電離層閃爍補償方法的研究十分必要。

電離層閃爍主要由電離層不規則體引起，午夜前最為嚴重。引起電離層閃爍的不規則體結構主要出現在200-1000km高度，特別是250-400km的高度。不規則體結構與內在機理復雜，目前仍未有精確模型與可靠手段可推演或測量電離層閃爍引入的SAR回波數據幅度與相位誤差。因此，通過電離層模型研究或測量來補償電離層閃爍導致的誤差是不可行的。另外，閃爍對電磁波幅度、相位以及偏振方向的影響具有快速變化的隨機特性，而且由于不規則體的空間尺度變化較大，電離層閃爍還具有較強的空變特性。場景中目標具有相同誤差函數的假設也不再成立。

針對電離層閃爍誤差不可測問題，有必要開展基于回波數據本身的自聚焦補償方法研究，當前的補償方法為基于參數模型的SAR誤差補償方。然而由于電離層閃爍誤差的隨機性，基于參數模型的SAR誤差補償方法需要較高階次才能準確描述隨機誤差，這將大大地加重計算負擔。因此，基于非參數模型的誤差估計方法更加的適用。與此同時，考慮到電離層閃爍的空變性問題，需對回波數據采用先成像后分塊補償的處理思路。圖像分塊尺寸由電離層閃爍的空間相關長度決定。

因此需要一種能適應電離層閃爍誤差隨機起伏與空變特性的GEO?SAR自聚焦補償方法。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種GEO?SAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，能夠對電離層閃爍引入的回波數據幅度起伏與相位誤差進行精確估計與補償，并且可以適應閃爍誤差的隨機性與空變性。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

第一步、采用地球同步軌道合成孔徑雷達GEO?SAR針對衛星獲取原始回波數據。

第二步、針對原始回波數據進行成像場景的分塊，獲得多個子場景，針對每個子場景采用如下S201～S204的補償處理，將所有子場景的補償處理結果拼接獲得自聚焦結果。

S201、在當前子場景內，原始回波數據中具有電離層閃爍引入的幅度誤差δ_n和相位誤差φ_n，二者數值未知；對原始回波數據進行去調頻Dechirp處理，獲得Dechirp結果s_de(n,m)；其中n為原始回波數據的方位向采樣序號，m為原始回波數據的距離向采樣序號。

S202、初始化幅度補償值α_n和相位補償值ψ_n均為0，針對Dechirp結果s_de(n,m)，建立幅度誤差補償模型并計算圖像熵E_A，建立相位誤差補償模型并計算圖像熵E_P。

S203、以圖像熵E_A和E_P作為代價函數，并針對幅度補償值α_n和相位補償值ψ_n進行迭代更新，直至達到代價函數的最小值點，獲得最終更新的幅度補償值和相位補償值。

S204、采用最終更新的幅度補償值和相位補償值對Dechirp結果s_de(n,m)進行補償并進行FFT成像，獲得當前子場景的補償處理結果。

進一步地，S201中的原始回波數據為進行了距離壓縮以及徙動校正處理后的數據。

進一步地，針對幅度補償值α_n和相位補償值ψ_n進行迭代更新的過程具體為：

SS1、對第i次圖像熵E_Ai求解一階導數和二階導數對第i次圖像熵E_Pi求解一階導數和二階導數

SS2、依據S1中所求解的一階導數和二階導數分別計算E_Ai的一階矢量E_A′和二階矢量E_A″以及E_Pi的一階矢量E_P′和二階矢量E_P″。