一種geosar電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法
2023-05-30 02:23:26 2
一種geo sar電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法
【專利摘要】本發明公開了一種GEO?SAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，首先將GEO?SAR獲取的原始回波數據分塊獲得多個子場景，針對每個子場景進行補償處理，然後拼接獲得自聚焦結果；其中補償處理的過程為：針對原始回波數據進行Dechirp處理，獲得sde(n,m)；然後初始化幅度補償值αn和相位補償值ψn均為0，針對sde(n,m)分別建立幅度誤差和相位誤差補償模型並分別計算圖像熵EA和圖像熵EP；以EA和EP作為代價函數，對αn和ψn進行迭代更新，直至達到代價函數的最小值點，採用最終更新的幅度補償值和相位補償值對sde(n,m)進行補償並進行FFT成像，獲得當前子場景的補償處理結果。本發明可以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。
【專利說明】—種GEO SAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法
【技術領域】
[0001]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GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法。
【背景技術】
[0002]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於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。
[0003]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複雜，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，而且由於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。
[0004]針對電離層閃爍誤差不可測問題，有必要開展基於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於參數模型的SAR誤差補償方。然而由於電離層閃爍誤差的隨機性，基於參數模型的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，基於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，需對回波數據採用先成像後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。
[0005]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】
[0006]有鑑於此，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，並且可以適應閃爍誤差的隨機性與空變性。
[0007]為達到上述目的，本發明的技術方案為:
[0008]第一步、採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。
[0009]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，針對每個子場景採用如下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。
[0010]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δη和相位誤差Φη，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sde (n, m);其中η為原始回波數據的方位向採樣序號，m為原始回波數據的距離向採樣序號。
[0011]S202、初始化幅度補償值αη和相位補償值Ψη均為0，針對Dechirp結果sde (n，m)，建立幅度誤差補償模型並計算圖像熵Ea，建立相位誤差補償模型並計算圖像熵EP。
[0012]S203、以圖像熵Ea和Ep作為代價函數，並針對幅度補償值αη和相位補償值！^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。
[0013]S204、採用最終更新的幅度補償值和相位補償值對Dechirp結果sde (n, m)進行補償並進行FFT成像，獲得當前子場景的補償處理結果。
[0014]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後的數據。
[0015]進一步地，針對幅度補償值Cin和相位補償值Ψη進行迭代更新的過程具體為:
[0016]SS1、對第i次圖像熵Em求解一階導數
【權利要求】
1.一種GEO SAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟: 第一步、採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，針對每個子場景採用如下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； ..5201、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δη和相位誤差Φη，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sde(n, m);其中η為所述原始回波數據的方位向採樣序號，m為所述原始回波數據的距離向米樣序號； .5202、初始化幅度補償值αη和相位補償值Ψη均為0，針對所述Dechirp結果sde (n, m)，建立幅度誤差補償模型並計算圖像熵Ea，建立相位誤差補償模型並計算圖像熵Ep ； .5203、以圖像熵Ea和Ep作為代價函數，針對幅度補償值αη和相位補償值11^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； . 5204、採用最終更新的幅度補償值和相位補償值對Dechirp結果sde(n，m)進行補償並進行FFT成像，獲得當前子場景的補償處理結果。
2.如權利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，其特徵在於，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後的數據。
3.如權利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，其特徵在於，所述針對幅度補償值αη和相位補償值Ψη進行迭代更新的過程具體為:
S51、對第i次圖像熵Em求解
^；對第i次圖像熵Epi求解
S52、依據SI中所求解的一階導數和二階導數分別計算Em的一階矢量E/和二階矢量Ea"以及Epi的一階矢量Ep'和二階矢量Ep"； S53、構造針對幅度補償值cin和相位補償值Ψη:次函數如下；
4.如權利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補償的自聚焦方法，其特徵在於，所述S203具體包括如下步驟: S2031、以i為迭代次數，i初始值為O ;以S202中初始化的幅度補償值α η和相位補償值ψη作為當前幅度補償值<和當前相位補償值< ；.52032、依據當前幅度補償值< 和當前相位補償值 <，針對所述Dechirp結果sde (n, m)，建立幅度誤差補償模型並計算第i次圖像熵Em，建立相位誤差補償模型並計算第i次圖像熵Epi ； .52033、若i = O，直接執行 S2034 ； 若i幸O，判斷第i次圖像熵Em是否小於第1-Ι次圖像熵Ea(H)，若是，則執行S2034,否則以當前幅度補償值《I作為最終更新的幅度補償值，並停止對幅度補償值的迭代更新；同時判斷第i次圖像熵Epi是否小於第1-Ι次圖像熵EP(i_D，若是，則執行S2035，以當前相位補償值次作為最終更新的相位補償值，並停止對相位補償值的迭代更新； . 52034、針對幅度補償值Cin進行迭代更新，計算第i+Ι次迭代的幅度補償值,並使i自增1，返回S2032 ； .52035、針對相位補償值Ψη進行迭代更新，計算第i+Ι次迭代的相位補償值，並使i自增1，返回S2032。
【文檔編號】G01S7/40GK104199031SQ201410394993
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】胡程, 曾濤, 龍騰, 王銳, 毛二可, 董錫超 申請人:北京理工大學