[發(fā)明專利]一種補(bǔ)償背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響的參數(shù)化自聚焦方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510279044.7
• 申請(qǐng)日: 2015-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN105044716B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉偉;王旭艷;李財(cái)品;楊曉超;李光廷;黎微萍;聶世康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90;G01S7/285
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種補(bǔ)償背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響的方法，特別是一種補(bǔ)償背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響的參數(shù)化自聚焦方法，屬于地球同步軌道SAR系統(tǒng)研制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

地球同步軌道SAR具有覆蓋范圍廣、重訪速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，在地震減災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。但是由于衛(wèi)星軌道高、運(yùn)行速度慢，因此其合成孔徑時(shí)間達(dá)到數(shù)百秒乃至千秒的量級(jí)(而與之相對(duì)比，低軌SAR合成孔徑時(shí)間為秒級(jí))，在如此長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間內(nèi)，存在許多非理想因素會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)回波間的去相干，從而降低GEOSAR的成像質(zhì)量，而背景電離層的時(shí)空變化是影響GEO SAR成像質(zhì)量最為重要的因素之一。

目前國(guó)內(nèi)外許多研究單位，如英國(guó)Cranfield大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、中國(guó)空間技術(shù)研究院、北京理工大學(xué)等開展了針對(duì)電離層補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)研究。從目前所提出的電離層補(bǔ)償方法來看，大致可分為兩類：1、利用SAR回波數(shù)據(jù)估計(jì)絕對(duì)電離層TEC值的補(bǔ)償方法；2、補(bǔ)償電離層相對(duì)變化的方位自聚焦方法；其中第一類方法主要利用電離層色散所引起的回波時(shí)延和散焦現(xiàn)象估計(jì)電離層TEC數(shù)據(jù)，然后分別對(duì)每個(gè)方位向接收脈沖進(jìn)行相位補(bǔ)償，主要包括距離向自適應(yīng)匹配濾波方法、距離向多視方法等。對(duì)于自適應(yīng)匹配濾波方法，主要利用電離層導(dǎo)致的距離散焦情況，進(jìn)行調(diào)頻率搜索，實(shí)現(xiàn)距離聚焦。該方法主要對(duì)距離向數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)于P波段距離散焦比較嚴(yán)重情況具有良好的有效性，但是對(duì)于L以上波段距離向幾乎沒有散焦(例如以L波段為例，在60M帶寬情況下，1TECU引起的最大相位差不到0.01弧度)，因此難以準(zhǔn)確估計(jì)TEC值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)方位向回波的精確相位補(bǔ)償。距離多視方法通過將SAR回波信號(hào)距離向頻譜進(jìn)行分割，然后分別進(jìn)行成像，通過對(duì)兩幅子視圖像進(jìn)行配準(zhǔn)以估計(jì)時(shí)延， 進(jìn)一步獲得TEC值的估計(jì)，該方法本質(zhì)上屬于雙頻測(cè)量TEC法，其精度取決于兩個(gè)頻率之間的相對(duì)頻率差異，相對(duì)頻率差異越大，則精度越高。對(duì)于SAR回波信號(hào)而言，由于相對(duì)帶寬有限，因此估計(jì)精度很低，對(duì)于低信噪比情況，影響更為嚴(yán)重。同時(shí)以上方法均沒有考慮電離層空變性的影響，而由于GEOSAR波束覆蓋范圍很廣(俯仰及方位均可達(dá)到數(shù)百公里量級(jí))，電離層空變性的影響也不能忽略，因此第一類電離層補(bǔ)償方法難以適用。通過在地面布置SAR信號(hào)接收機(jī)，然后對(duì)SAR回波進(jìn)行子帶分割，最后利用相位干涉的方法可以獲得高精度的TEC估計(jì)，但是該方法需要在地面布置大量的接收機(jī)，因此需要較高的成本。實(shí)際上對(duì)于工作在L波段以上的GEOSAR成像而言，電離層TEC的絕對(duì)值大小對(duì)成像影響不大，其相對(duì)變化是影響GEO SAR成像的主要因素。Sthphen E.Hobbs等學(xué)者指出利用方位自聚焦方法補(bǔ)償電離層變化對(duì)GEOSAR成像的影響是可行的。用于補(bǔ)償電離層相對(duì)變化的方位自聚焦方法既可以補(bǔ)償電離層時(shí)變性的影響，又可以通過分塊補(bǔ)償?shù)姆绞娇朔婋x層空變性的影響。

目前用于補(bǔ)償電離層相對(duì)變化的方位自聚焦方法主要包括：相位梯度自聚焦方法(PGA方法)、最大對(duì)比度方法、最小墑方法等。對(duì)于PGA方法計(jì)算效率高，在機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中具有良好的應(yīng)用效果，但是PGA方法需要在SAR圖像中找到能量很強(qiáng)的孤立散射點(diǎn)，這在一定程度上制約了PGA方法的應(yīng)用。最大對(duì)比度方法和最小墑方法在ISAR成像中應(yīng)用較為廣泛，通過對(duì)相位的迭代搜索實(shí)現(xiàn)ISAR聚焦，以上方法具有良好的自適應(yīng)性。但是對(duì)于GEO SAR而言，合成孔徑時(shí)間內(nèi)發(fā)射及接收脈沖數(shù)目高達(dá)上萬甚至幾十萬個(gè)，在如此大的空間內(nèi)搜索電離層的相對(duì)變化幾乎是不可實(shí)現(xiàn)的，因此不能直接應(yīng)用于GEOSAR成像處理。

總之，針對(duì)電離層的補(bǔ)償問題是GEO SAR實(shí)現(xiàn)的最為關(guān)鍵技術(shù)之一，至今國(guó)內(nèi)外尚未提出公認(rèn)的有效補(bǔ)償方法，因此該問題仍是GEO SAR研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種補(bǔ)償背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響的參數(shù)化自聚焦方法，利用背景電離層在GEOSAR合成孔徑時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)可近似為多項(xiàng)式的特點(diǎn)，通過圖像的最小熵準(zhǔn)則估計(jì)電離層相對(duì)變化參數(shù)，在BP成像算法基礎(chǔ)上，通過迭代的方式實(shí)現(xiàn)由電離層高階變化所導(dǎo)致的回波包絡(luò)走動(dòng)校正及相位誤差補(bǔ)償，從而有效提高GEOSAR成像質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種補(bǔ)償背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響的參數(shù)化自聚焦方法，步驟如下：

(1)利用匹配濾波對(duì)GEOSAR原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向脈沖壓縮；