一种geo sar电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法
【专利摘要】本发明公开了一种GEO?SAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，首先将GEO?SAR获取的原始回波数据分块获得多个子场景，针对每个子场景进行补偿处理，然后拼接获得自聚焦结果；其中补偿处理的过程为：针对原始回波数据进行Dechirp处理，获得sde(n,m)；然后初始化幅度补偿值αn和相位补偿值ψn均为0，针对sde(n,m)分别建立幅度误差和相位误差补偿模型并分别计算图像熵EA和图像熵EP；以EA和EP作为代价函数，对αn和ψn进行迭代更新，直至达到代价函数的最小值点，采用最终更新的幅度补偿值和相位补偿值对sde(n,m)进行补偿并进行FFT成像，获得当前子场景的补偿处理结果。本发明可以对电离层闪烁引入的回波数据幅度起伏与相位误差进行精确估计与补偿。
【专利说明】—种GEO SAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地球同步轨道合成孔径雷达GEO SAR成像领域，具体地说，是一种GEOSAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法。
【背景技术】
[0002]在GEO SAR成像中，电离层闪烁将造成目标回波信号的幅度和相位历史发生剧烈起伏，从而导致成像聚焦质量严重下降。电离层闪烁主要发生于地球赤道与极地地区，中纬度地区发生概率较低，而GEO SAR长合成孔径时间和大观测区域使得受闪烁影响的概率大幅度增加。因此，GEO SAR电离层闪烁补偿方法的研究十分必要。
[0003]电离层闪烁主要由电离层不规则体引起，午夜前最为严重。引起电离层闪烁的不规则体结构主要出现在200-1000km高度，特别是250-400km的高度。不规则体结构与内在机理复杂，目前仍未有精确模型与可靠手段可推演或测量电离层闪烁引入的SAR回波数据幅度与相位误差。因此，通过电离层模型研究或测量来补偿电离层闪烁导致的误差是不可行的。另外，闪烁对电磁波幅度、相位以及偏振方向的影响具有快速变化的随机特性，而且由于不规则体的空间尺度变化较大，电离层闪烁还具有较强的空变特性。场景中目标具有相同误差函数的假设也不再成立。
[0004]针对电离层闪烁误差不可测问题，有必要开展基于回波数据本身的自聚焦补偿方法研究，当前的补偿方法为基于参数模型的SAR误差补偿方。然而由于电离层闪烁误差的随机性，基于参数模型的SAR误差补偿方法需要较高阶次才能准确描述随机误差，这将大大地加重计算负担。因此，基于非参数模型的误差估计方法更加的适用。与此同时，考虑到电离层闪烁的空变性问题，需对回波数据采用先成像后分块补偿的处理思路。图像分块尺寸由电离层闪烁的空间相关长度决定。
[0005]因此需要一种能适应电离层闪烁误差随机起伏与空变特性的GEO SAR自聚焦补偿方法。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种GEO SAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，能够对电离层闪烁引入的回波数据幅度起伏与相位误差进行精确估计与补偿，并且可以适应闪烁误差的随机性与空变性。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0008]第一步、采用地球同步轨道合成孔径雷达GEO SAR针对卫星获取原始回波数据。
[0009]第二步、针对原始回波数据进行成像场景的分块，获得多个子场景，针对每个子场景采用如下S201?S204的补偿处理，将所有子场景的补偿处理结果拼接获得自聚焦结果。
[0010]S201、在当前子场景内，原始回波数据中具有电离层闪烁引入的幅度误差δη和相位误差Φη，二者数值未知；对原始回波数据进行去调频Dechirp处理,获得Dechirp结果sde (n, m);其中η为原始回波数据的方位向采样序号，m为原始回波数据的距离向采样序号。
[0011]S202、初始化幅度补偿值αη和相位补偿值Ψη均为0，针对Dechirp结果sde (n，m)，建立幅度误差补偿模型并计算图像熵Ea，建立相位误差补偿模型并计算图像熵EP。
[0012]S203、以图像熵Ea和Ep作为代价函数，并针对幅度补偿值αη和相位补偿值！^进行迭代更新，直至达到代价函数的最小值点，获得最终更新的幅度补偿值和相位补偿值。
[0013]S204、采用最终更新的幅度补偿值和相位补偿值对Dechirp结果sde (n, m)进行补偿并进行FFT成像，获得当前子场景的补偿处理结果。
[0014]进一步地，S201中的原始回波数据为进行了距离压缩以及徙动校正处理后的数据。
[0015]进一步地，针对幅度补偿值Cin和相位补偿值Ψη进行迭代更新的过程具体为:
[0016]SS1、对第i次图像熵Em求解一阶导数
【权利要求】
1.一种GEO SAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 第一步、采用地球同步轨道合成孔径雷达GEO SAR针对卫星获取原始回波数据； 第二步、针对原始回波数据进行成像场景的分块，获得多个子场景，针对每个子场景采用如下S201~S204的补偿处理，将所有子场景的补偿处理结果拼接获得自聚焦结果； ..5201、在当前子场景内，原始回波数据中具有电离层闪烁引入的幅度误差δη和相位误差Φη，二者数值未知；对原始回波数据进行去调频Dechirp处理，获得Dechirp结果sde(n, m);其中η为所述原始回波数据的方位向采样序号，m为所述原始回波数据的距离向米样序号； .5202、初始化幅度补偿值αη和相位补偿值Ψη均为0，针对所述Dechirp结果sde (n, m)，建立幅度误差补偿模型并计算图像熵Ea，建立相位误差补偿模型并计算图像熵Ep ； .5203、以图像熵Ea和Ep作为代价函数，针对幅度补偿值αη和相位补偿值11^进行迭代更新，直至达到代价函数的最小值点，获得最终更新的幅度补偿值和相位补偿值； . 5204、采用最终更新的幅度补偿值和相位补偿值对Dechirp结果sde(n，m)进行补偿并进行FFT成像，获得当前子场景的补偿处理结果。
2.如权利要求1所述的一种GEOSAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，其特征在于，S201中的原始回波数据为进行了距离压缩以及徙动校正处理后的数据。
3.如权利要求1所述的一种GEOSAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，其特征在于，所述针对幅度补偿值αη和相位补偿值Ψη进行迭代更新的过程具体为:
S51、对第i次图像熵Em求解
^；对第i次图像熵Epi求解
S52、依据SI中所求解的一阶导数和二阶导数分别计算Em的一阶矢量E/和二阶矢量Ea"以及Epi的一阶矢量Ep'和二阶矢量Ep"； S53、构造针对幅度补偿值cin和相位补偿值Ψη:次函数如下；
4.如权利要求1所述的一种GEOSAR电离层闪烁幅相误差补偿的自聚焦方法，其特征在于，所述S203具体包括如下步骤: S2031、以i为迭代次数，i初始值为O ;以S202中初始化的幅度补偿值α η和相位补偿值ψη作为当前幅度补偿值<和当前相位补偿值< ；.52032、依据当前幅度补偿值< 和当前相位补偿值 <，针对所述Dechirp结果sde (n, m)，建立幅度误差补偿模型并计算第i次图像熵Em，建立相位误差补偿模型并计算第i次图像熵Epi ； .52033、若i = O，直接执行 S2034 ； 若i幸O，判断第i次图像熵Em是否小于第1-Ι次图像熵Ea(H)，若是，则执行S2034,否则以当前幅度补偿值《I作为最终更新的幅度补偿值，并停止对幅度补偿值的迭代更新；同时判断第i次图像熵Epi是否小于第1-Ι次图像熵EP(i_D，若是，则执行S2035，以当前相位补偿值次作为最终更新的相位补偿值，并停止对相位补偿值的迭代更新； . 52034、针对幅度补偿值Cin进行迭代更新，计算第i+Ι次迭代的幅度补偿值,并使i自增1，返回S2032 ； .52035、针对相位补偿值Ψη进行迭代更新，计算第i+Ι次迭代的相位补偿值，并使i自增1，返回S2032。
【文档编号】G01S7/40GK104199031SQ201410394993
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】胡程, 曾涛, 龙腾, 王锐, 毛二可, 董锡超 申请人:北京理工大学