[發明專利]一種低頻段星載SAR電離層閃爍效應自聚焦方法

有效

• 申請號: 201910539473.1
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110221298B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 張永勝;于雷;董臻;計一飛;張啟雷;余安喜;孫造宇;李德鑫
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發明提供一種具有較強魯棒性的低頻段星載SAR電離層閃爍效應自聚焦方法，技術方案是：將受閃爍效應污染的SAR圖像沿距離向分成多個子塊SAR圖像，子塊SAR圖像的大小以將閃爍效應的距離空變性限制在可接受的范圍內為原則。針對每個子塊SAR圖像，利用最優化方法對子塊SAR圖像的熵函數進行迭代優化，在每一次迭代過程中都對子塊SAR圖像進行一次相位補償。本發明能夠適應任意大小場景的SAR圖像，保證算法的計算效率，并且在中等強度閃爍條件下仍能保持較好性能的SAR圖像自聚焦算法。

技術領域

本發明涉及微波遙感技術領域，特別涉及一種針對受電離層閃爍效應影響的SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達)圖像自聚焦方法。

背景技術

星載SAR是一種重要的遙感觀測手段，工作在低頻段(P波段或L波段)的SAR具有很強的穿透能力，能夠透過植被茂密的雨林和淺表層土壤，在軍事偵察，農業檢測，生物量測量和地質觀測等領域都具有較大的應用前景。近年來，世界主要發達國家均在大力發展低頻段星載SAR，例如ESA(European Space Agency，歐洲航空局)的BIOMASS合成孔徑雷達的計劃工作頻段就在435MHz屬于典型的P波段星載SAR。日本發射的ALOS/PALSAR合成孔徑雷達載頻在1.27GHz屬于L波段的星載SAR。然而，低頻段星載SAR易受電離層效應影響，從而嚴重降低其成像性能。

電離層效應的影響主要分為背景電離層效應和電離層閃爍效應。背景電離層效應主要有大尺度(大于10km)、均勻分布的自由電子引起，一般背景電離層效應會導致SAR圖像出現距離向偏移和散焦。在實際應用中，可以通過對TEC(Total Electron Content，總電子量)的估計實現背景電離層效應的校正，目前已經提出了兩類較為成熟的背景電離層校正算法：(1)通過GNSS(Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統)提供的全球TEC分布數據，利用先驗信息對SAR圖像進行校正。(2)利用SAR發射的線性調頻信號特性，通過譜分割法，從圖像域估計TEC，并進行校正。目前，這兩種背景電離層的校正方法都有成熟應用。

電離層閃爍效應主要由空間尺度較小(小于10km)的電子密度不規則體引起的，電離層閃爍效應多發生于赤道和兩極地區的日落至午夜期間。閃爍效應引入SAR信號的幅度和相位的隨機誤差，如在ALOS/PALSAR圖像中已多次觀測到閃爍效應引起的明暗相間的閃爍條紋。閃爍效應通常被視作一個隨機過程，具有確定的功率譜函數，其對SAR信號的影響可以通過相位屏理論進行仿真和描述。鑒于閃爍效應的隨機性，先驗知識對于閃爍校正很難提供有效的幫助，因此由數據驅動的SAR圖像自聚焦方法最適用于解決閃爍校正的問題。目前，已經提出的閃爍校正算法包括PGA(Phase Gradient Autofocus，相位梯度自聚焦)算法和最小熵算法。其中，PGA算法對于圖像中的強點目標存在依賴性，魯棒性較差。且閃爍效應本身會引起圖像方位向散焦，降低圖像對比度使得強點信息更加難以提取，Zhuo Li，JieChen在《Performance Analysis of Phase Gradient Autofocus for CompensatingIonospheric Phase Scintillation in BIOMASS P-Band SAR Data》中已經分析過，當信雜噪比小于16dB的情況下，PGA算法對于中等強度的閃爍校正就已失效。對于最小熵校正算法(參見文獻《SAR image autofocus utilizing minimum-entropy criterion》)存在的缺陷在于具有初值依賴性，經常會出現無法收斂到圖像熵函數極小值的情況。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種具有較強魯棒性的電離層閃爍效應自聚焦方法，能夠適應任意大小場景的SAR圖像，保證算法的計算效率，并且在中等強度閃爍條件下仍能保持較好性能的SAR圖像自聚焦算法。