一种雷达回波数据处理方法及装置、设备与流程

本发明实施例涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种雷达回波数据方法及装置、设备。

背景技术：

星载p波段合成孔径雷达(sar，syntheticapertureradar)由于兼具星载sar全天时、全天候、大范围测绘的优势和p波段穿透性强、对森林生物量敏感的特性，在隐蔽目标侦察、植被资源勘测等军事、民用方面具有独特的优势和巨大的需求。

对星载sar来说，电离层色散、闪烁、法拉第旋转(fr，faradayrotation)、极化色散(pd，polarimetricdispersion)等传播效应会在电磁波的幅度、相位、极化等方面引入误差，严重影响星载p波段sar的性能(图像分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比等)，制约了星载p波段宽带sar系统的发展。

传统技术中对雷达回波数据中的电离层法拉第旋转影响的校正还集中在sar成像后对fr旋转矩阵的估计与校正，没有涉及到极化色散影响的校正，极化色散仍是影响星载p波段sar的图像性能的技术瓶颈。

技术实现要素：

本发明实施例期望提供一种雷达回波数据处理方法及装置、设备，能够对雷达回波数据中的极化色散影响进行校正。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种雷达回波数据处理方法，包括：根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec；根据所述tec确定所述雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；所述法拉第旋转角数据随频率非线性变化；根据所述法拉第旋转角数据确定pd的影响量化值；若所述影响量化值大于或等于预设阈值，则根据所述法拉第旋转角数据对所述雷达原始回波数据进行校正。

一种雷达回波数据处理装置，装置包括：第一获取模块，用于根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec，并根据电子总量确定雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；第一确定模块，用于根据法拉第旋转角数据确定影响量化值；校正模块，用于若影响量化值大于或等于预设阈值，则根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

一种雷达回波数据处理设备，包括：存储器，用于存储可执行数据指令；处理器，用于执行存储器中存储的可执行指令时，实现上述的雷达回波数据处理方法。

一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起处理器执行时，实现上述的雷达回波数据处理方法。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，通过根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec；根据tec确定雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；法拉第旋转角数据随频率非线性变化；根据法拉第旋转角数据确定pd的影响量化值；若影响量化值大于或等于预设阈值，则根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。根据本申请实施例提供的雷达数据处理方法，由于在估计法拉第旋转角数据时考虑了pd对雷达原始回波数据的影响，将该法拉第旋转角数据定义为随频率非线性变化的数据，并非一个固定值，在进行后续校正时，可以根据该法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据中pd影响进行校正；由于在对雷达原始回波数据进行校正之前，先根据预设阈值对pd的影响量化值进行判断，可以保证只在pd影响较大时对雷达原始回波数据进行校正，避免了pd影响较小时对雷达原始回波数据进行反向校正的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图8为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图9a至图9k为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的sar点目标图像示意图；

图10为本发明实施例提供的雷达回波数据处理方法的一个可选的流程示意图；

图11为本发明实施例提供的雷达回波数据处理装置的部分结构示意图；

图12为本发明实施例提供的雷达回波数据处理设备的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，将结合图1示出的步骤进行说明。

在s102中，根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec。

其中，星载合成孔径雷达(syntheticapertureradar,sar)可全天时、全天候获取大范围、高分辨图像，在军事侦察和经济建设中有着重要的应用价值。电离层色散、闪烁和法拉第旋转(faradayrotation,fr)效应会在电磁波信号幅度、相位、极化等方面引入误差，造成星载sar系统成像、定位、极化测量等方面性能下降。本申请中获取的雷达原始回波数据为未经过处理的雷达回波数据，由于在传输过程中受到电离层色散、闪烁和fr效应的影响，需要对其进行校正。

其中，tec为电离层电子浓度总含量，又称电离层电子浓度柱含量、积分含量等，是一个非常重要的电离层参量，对电离层物理的理论研究及电离层电波传播的应用研究均具有十分重要的意义。理论上，tec的空间分布及时间变化，反映了电离层的主要特性，因此通过探测与分析电离层tec参量，可以研究电离层不同时空尺度的分布与变化特性，如电离层扰动，电离层的周日、逐日变化，电离层年度变化，以及电离层的长期变化等。

在一个实施例中，可以通过专用仪器设备直接测量该雷达成像时电离层中的电子总量tec含量，此种方法由于采用了专用仪器设备，其测量精度较高，但时效性较差，有测量延时，不能实时反应雷达信号穿过电离层时刻电离层对电磁波的影响。

在另一个实施例中，可以通过雷达原始回波数据估计tec，在实施时，可以通过bickelandbates方法、freeman方法、qiandjin方法、chenandquegan方法。这些方法可以从雷达原始回波数据中估计电离层tec对雷达发射电磁波产生的平均fra，再利用fra值反推得到电离层tec。这种方法比仪器测量法的测量精度低，但是能实时反应雷达回波信号穿过电离层时刻电离层对电磁波的影响。

在另一个实施例中，可以通过将雷达原始回波数据按频率分成n个子带数据，再利用每个子带数据分别估计子带tec，将得到的n个子带tec的统计平均值作为雷达成像时电离层中的电子总量tec估计结果，这种方法会提高tec估计精度。

在s104中，根据tec确定雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；法拉第旋转角数据随频率非线性变化。

在本实施例中，根据该雷达原始回波数据估算的电离层tec可以确定该雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角度，由于本申请考虑了pd对雷达原始回波数据的影响，因此，法拉第旋转角数据时随着频率非线性变化的。

在一个实施例中，需要获取sar系统成像时的磁信夹角、下视角及地磁场的磁感应强度，并根据该雷达原始回波数据的tec、sar系统成像时的磁信夹角、下视角及地磁场的磁感应强度确定该法拉第旋转角数据。其中，磁信夹角为磁场与雷达回波信号之间的夹角。

在实施时，可以建立该法拉第旋转角数据的表达式(1-1)，该法拉第旋转角数据的表达式与tec、地磁场的磁感应强度、磁信夹角、下视角有关：

其中，ω(f)为法拉第旋转角数据，f为信号频率，b0为地磁场的磁感应强度，α为下视角，θ为磁信夹角。

在s106中，根据法拉第旋转角数据确定pd的影响量化值。

在实施时，可以先获取理想状态下的发射信号，根据该理想状态下的发射信号得到理想状态下的回波信号，在该理想状态下的回波信号的每个频点中加入对应的法拉第旋转角，得到预测的受到pd影响的雷达回波数据，进而可以得到对应的受到pd影响的点目标图像；再根据上述理想状态下的回波信号得到理想的点目标图像；通过比对该受到pd影响的点目标图像及该理想的点目标图像，即可得到pd的影响量化值。

在s108中，若影响量化值大于或等于预设阈值，则根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

其中，经申请人研究发现，当某些磁信夹角、下视角、与不同的tec组合时，pd和fra对雷达原始回波数据的影响较小，即对sar成像的影响很小，此时不需要校正fra影响。根据sar系统设计需求，当影响量化值小于该预设阈值时，表示此时雷达原始回波数据中受到pd的影响较小，可以不对该雷达原始回波数据进行校正。当影响量化值大于或等于预设阈值，则根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec；根据tec确定雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；法拉第旋转角数据随频率非线性变化；根据法拉第旋转角数据确定pd的影响量化值；若影响量化值大于或等于预设阈值，则根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。根据本申请实施例提供的雷达数据处理方法，由于在估计法拉第旋转角数据时考虑了pd对雷达原始回波数据的影响，将该法拉第旋转角数据定义为随频率非线性变化的数据，并非一个固定值，在进行后续校正时，可以根据该法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据中pd影响进行校正；由于在对雷达原始回波数据进行校正之前，先根据预设阈值对pd的影响量化值进行判断，可以保证只在pd影响较大时对雷达原始回波数据进行校正，避免了pd影响较小时对雷达原始回波数据进行反向校正的问题。

在一些实施例中，参见图2，图2是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，图1示出的s102可以通过s1022至s1028实现，将结合各步骤进行说明。

在s1022中，根据雷达原始回波数据的总带宽及子带数n，将雷达原始回波数据划分为多个子带数据。

在本实施例中，先确定该雷达原始回波数据的总带宽，并获取需要划分的子带数n。其中，该子带数n可以预设在系统中，也可以通过交互设备接收操作人员的实时输入。该子带数n一般为大于1的整数，随着子带数n的增加，后续的计算量也随之增加，但会提高tec的估计精度。

在s1024中，分别确定各子带数据对应的fra。

在本实施例中，为了提高tec的估计精度，会先将该原始雷达数据进行成像得到原始图像数据，并在原始图像数据中确定目标均匀分布的区域，后续计算中，只对该区域内的图像数据进行计算。其中，可以通过现有的图像识别算法获取该原始图像数据中目标均匀分布的区域，也可以接收操作人员在该原始图像数据上的框选指令确定该目标均匀分布的区域。

在一个实施例中，可以通过下式(1-2)确定各子带数据对应的fra：

其中，ωi为第i个子带数据对应的fra，(·)*表示共轭，z12、z21可以通过下式得到公式(1-3)：

其中，j为为第i个子带数据对应的hh极化方式下的图像数据，为第i个子带数据对应的hv极化方式下的图像数据，为第i个子带数据对应的vh极化方式下的图像数据，为第i个子带数据对应的vv极化方式下的图像数据。

在s1026中，根据各子带数据对应的fra，反演得到各子带数据对应的子带tec。

在本实施例中，各子带数据对应的子带tec与各子带数据对应的fra、各子带数据对的中心频率、下视角和地磁场的磁感应强度相关，在一个实施例中，各子带数据对应的子带tec可以由下式(1-4)确定：

其中，teci为第i个子带数据对应的子带tec，α为下视角，b0为地磁场的磁感应强度，fi为第i个子带数据对应的中心频率，θ为磁信夹角。其中，b0＝(4e-5)～(5e-5)，单位特斯拉。

在s1028中，将各子带tec的平均值作为tec。

在本实施例中，可以通过下式(1-5)确定tec：

其中，utec为雷达成像时电离层中的电子总量tec，n为子带数。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，根据雷达原始回波数据的总带宽及子带数n，将雷达原始回波数据划分为多个子带数据；分别确定各子带数据对应的fra；根据各子带数据对应的fra，反演得到各子带数据对应的子带tec；将各子带tec的平均值作为雷达成像时电离层中的电子总量tec。根据本申请实施例提供的雷达数据处理方法，由于将雷达原始回波数据划分为n个子带数据，并分别计算各子带数据对应的fra，可以准确的对各个频率下的fra，得到的多个子带数据对应的fra可以准确的反应pd影响下的fra的非线性变化情况；由于分别计算各子带数据对应的tec，进一步的提升了对雷达原始回波数据中tec预测的准确度。

在一些实施例中，基于图1，该影响量化值包括多种极化方式中每一极化方式对应的分辨率展宽比。图1中的s108具体为：若多种极化方式中每一极化方式对应的分辨率展宽比中存在至少一个分辨率展宽比大于或等于预设阈值，根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

在本实施例中，该多种极化方式可以包括四种极化方式：hh、vv、hv、vh。雷达发射的能量脉冲的电场矢量，可以在垂直或水平面内被偏振。无论哪个波长，雷达信号可以发射水平(h)或者垂直(v)电场矢量，接收水平(h)或者垂直(v)或者两者的回波信号。其中，hh、vv为同极化，hv、vh为交叉极化。

由于每种极化方式对应的雷达回波信号受到pd影响的大小不同，因此，对应的，各极化方式对应的分辨率展宽比也会存在差异。也就是说，对同一个雷达原始回波数据，在同极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比，与在交叉极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比可能均大于该预设阈值，也可能均小于或等于该预设阈值，还有可能在同极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比大于该预设阈值，且在交叉极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比小于或等于该预设阈值，还有可能在同极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比小于或等于该预设阈值，且在交叉极化下的雷达回波数据对应的分辨率展宽比大于该预设阈值。因此，需要对每一极化方式下的雷达回波数据进行分别计算，以得到各极化方式下对应的分辨率展宽比。在实施中，该预设阈值可以设置为1.03。

在本实施例中，只要存在一种极化方式下的分辨率展宽比大于或等于该预设阈值时，就对根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

在一些实施例中，参见图3，图3是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，基于图1及上述实施例，图1示出的s106可以通过s1062至s1068实现，将结合各步骤进行说明。

在s1062中，根据法拉第旋转角数据确定法拉第旋转矩阵。

在本实施例中，已经确定法拉第旋转角数据为与tec、地磁场的磁感应强度、磁信夹角、下视角和频率有关表达式(1-6)：

根据下式(1-7)确定所述法拉第旋转矩阵：

其中，ff为法拉第旋转矩阵。

在s1064中，根据特定的理想回波信号及法拉第旋转矩阵，生成受pd影响的点目标图像数据。

在本实施例中，需要获取预先设置好的理想发射信号，该理想发射信号可以由下式(8)确定：

其中，f0为中心频率，k为线性调频斜率，t为脉冲重复周期，rect(·)为宽度和幅度都为1的矩形窗函数。

任意时刻t的信号频率由下式(1-9)确定：

在获取到该理想发射信号后，根据特定的时延τ及该特定的理想发射信号即可得到该特定的理想回波信号。

在本实施例中，根据该法拉第旋转矩阵，可以在该理想回波信号中每一个频点上加入对应频点的法拉第旋转角，此时，可以预估受到pd影响的理想回波信号，在对其进行成像处理后，可以得到受pd影响的点目标图像数据。

在s1066中，根据理想回波信号，生成理想的点目标图像数据。

在本实施例中，直接对该理想回波信号进行成像处理，生成理想的点目标图像数据，作为对照图像。

在s1068中，将受pd影响的点目标图像数据及理想点的目标图像数据进行比较，得到影响量化值。

在本实施例中，通过比较受pd影响的点目标图像数据与理想点的目标图像数据，可以得到pd对点目标图像数据的影响量化值，其中，若该影响量化值越大，表示受pd影响的点目标图像数据与理想点的目标图像数据之间的差异越大，即pd对点目标图像数据的影响越高；若该影响量化值越小，表示受pd影响的点目标图像数据与理想点的目标图像数据之间的差异越小，即pd对点目标图像数据的影响越小。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，根据法拉第旋转角数据确定法拉第旋转矩阵；根据特定的理想回波信号及法拉第旋转矩阵，生成受pd影响的点目标图像数据；根据理想回波信号，生成理想的点目标图像数据；将受pd影响的点目标图像数据及理想点的目标图像数据进行比较，得到影响量化值。由于将根据理想回波信号生成的理想的点目标图像数据作为基本判断图像，去衡量根据特定的理想回波信号及法拉第旋转矩阵生成的受pd影响的点目标图像数据与自身的差异，得到影响量化值，可以准确的反应出该法拉第旋转矩阵对点目标图像生成时的影响大小，即判断pd影响大小，进而为后续的步骤提供判断依据，间接的提升了准确性。

在一些实施例中，参见图4，图4是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，基于图3及上述实施例，图3示出的s1064可以通过s10642至s10646实现，将结合各步骤进行说明。

在s10642中，根据特定的理想回波信号建立理想回波散射矩阵；理想回波信号包括各极化方式对应的理想回波信号。

在本实施例中，该理想回波信号包括多种极化方式对应的理想回波信号，其中，可以包括hh、vv、hv、vh四种极化方式下的理想回波信号，根据各极化方式下的理想回波信号可以建立对应的理想回波散射矩阵，如下式(1-10)。

其中，s^s为理想回波散射矩阵，为hh极化方式对应的理想回波信号，为hv极化方式对应的理想回波信号，为vh极化方式对应的理想回波信号，为vv极化方式对应的理想回波信号。

在s10644中，根据理想回波散射矩阵及法拉第旋转矩阵，确定受到pd影响的散射矩阵。

在本实施例中，由于在雷达发射过程和雷达接收过程中，均会受到pd影响，因此，需要对计算两次法拉第旋转矩阵的影响。因此，受到pd影响的散射矩阵可以由下式(1-11)确定：

sf＝ffs^sff(1-11)；

其中，sf为受到pd影响的散射矩阵，ff为法拉第旋转矩阵，s^s为理想回波散射矩阵。

在s10646中，对受到pd影响的散射矩阵进行距离向快速傅里叶变换，得到受pd影响的点目标图像数据。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，根据特定的理想回波信号建立理想回波散射矩阵；理想回波信号包括各极化方式对应的理想回波信号；根据理想回波散射矩阵及法拉第旋转矩阵，确定受到pd影响的散射矩阵；对受到pd影响的散射矩阵进行距离向快速傅里叶变换，得到受pd影响的点目标图像数据。由于根据各极化方式对应的理想回波信号建立理想回波散射矩阵，并根据法拉第旋转矩阵可以快速得到对应的受到pd影响的散射矩阵，进而获得受pd影响的点目标图像数据，为后续与理想的点目标图像数据得比较提供数据基础。

在一些实施例中，参见图5，图5是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，基于图3及上述实施例，图3示出的s1068可以通过s10682至s10686实现，将结合各步骤进行说明。

在s10682中，获取受pd影响的点目标图像数据对应的第一3db宽度；第一3db宽度包括各极化方式对应的第一3db宽度。

在实施时，可以通过获取受pd影响的点目标图像数据及理想的点目标图像数据中的图像特征进行比较，在本实施例中，通过获取点目标图像数据中的3db宽度作为图像特征。

其中，得到的受pd影响的点目标图像数据在不同极化方式下，对应的3db宽度也会存在差异，因此，需要先分别获取上述各极化方式对应的点目标图像数据，并进一步分别获取上述各极化方式对应的第一3db宽度。

在s10684中，获取理想的点目标图像数据对应的第二3db宽度；第二3db宽度包括各极化方式对应的第二3db宽度。

在本实施例中，和上述描述相同，理想的点目标图像数据也包括不同极化方式对应的点目标图像数据，分别获取各极化方式对应的第二3db宽度。

在s10686中，根据各极化方式对应的第一3db宽度及第二3db宽度，分别确定各极化方式对应的分辨率展宽比。

在实施例中，在得到各极化方式对应的第一3db宽度及第二3db宽度之后，可以分别确定各极化方式对应的分辨率展宽比，其中，对于每一极化方式，其对应的分辨率展宽比为第一3db宽度与第二3db宽度的比值。在实施时，将各极化方式对应的分辨率展宽比作为该影响量化值。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，获取受pd影响的点目标图像数据对应的第一3db宽度；第一3db宽度包括各极化方式对应的第一3db宽度；获取理想的点目标图像数据对应的第二3db宽度；第二3db宽度包括各极化方式对应的第二3db宽度；根据各极化方式对应的第一3db宽度及第二3db宽度，分别确定各极化方式对应的分辨率展宽比。由于获取3db宽度作为各点目标图像数据的图像特征，通过获取受pd影响的点目标图像数据及理想的点目标图像数据中的3db宽度之间的比值作为影响量化值，可以准确的量化两个点目标图像数据之间的差异，因此可以准确的反应出该法拉第旋转矩阵对点目标图像生成时的影响大小，即判断pd影响大小，进而为后续的步骤提供判断依据，间接的提升了校正的准确性。

在一些实施例中，参见图6，图6是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，基于图1及上述实施例，图1中根据所述法拉第旋转角数据对所述雷达原始回波数据进行校正的步骤，可以通过s1082至s10810实现，将结合各步骤进行说明。

在s1082中，获取发射失真矩阵及接收失真矩阵。

在本实施例中，由于在sar系统的发射和接收过程中，会存在一定程度上的失真，因此，需要先获取发射时的发射失真矩阵r及接收时的接收失真矩阵t。在实施时，可以通过sar系统外定标得到该失真矩阵。其中，若r、t未知，则可以将r、t均预设为

在s1084中，根据发射失真矩阵及法拉第旋转矩阵，确定频域发射校正矩阵。

在本实施例中，可以先获取时域发射校正矩阵cr的表达式(1-12)。

其中，ff为法拉第旋转矩阵，r为发射失真矩阵。

之后，对该时域发射校正矩阵cr进行时频变换，得到频域发射校正矩阵

在s1086中，根据接收失真矩阵及法拉第旋转矩阵，确定频域接收校正矩阵。

在本实施例中，可以先获取时域接收校正矩阵ct的表达式(1-13)。

其中，ff为法拉第旋转矩阵，t为接收失真矩阵。

之后，对该时域发射校正矩阵cr进行时频变换，得到频域接收校正矩阵

在s1088中，根据频域发射校正矩阵及频域接收校正矩阵，对频域的雷达原始回波数据进行校正，得到距离向频域数据。

在本实施例中，对雷达原始回波数据进行时频变化，可以得到对应的频域的雷达原始回波数据，其中，对该雷达原始回波数据进行距离向快速傅里叶变换，可以得到频域的雷达原始回波数据。

根据时域相乘对应频域卷积的原理，可以对频域的雷达原始回波数据进行校正，得到距离向频域数据，即通过下式(1-14)确定。

其中，为频域发射校正矩阵，m^fft为频域的雷达原始回波数据，为频域接收校正矩阵，为卷积。

在s10810中，对距离向频域数据进行距离向反向快速傅里叶变换，得到时域散射矩阵；时域散射矩阵包括各极化方式对应的校正回波数据。

在本实施例中，该距离向频域数据已经为校正后的回波数据，但需要对其进行频域到时域的变换，在实施时，可以采用距离向反向快速傅里叶变换对该距离向频域数据进行时频变换，得到时域散射矩阵。

在该时域散射矩阵中，同样包括上述多种极化方式对应的校正回波数据，也就是说，该时域散射矩阵包括hh极化方式对应的校正回波数据、hv极化方式对应的校正回波数据、vh极化方式对应的校正回波数据、vv极化方式对应的校正回波数据。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，由于获取了发射失真矩阵及接收失真矩阵，并根据法拉第旋转矩阵建立了对应的频域发射校正矩阵及频域接收校正矩阵，由于考虑到了sar系统在发射和接收时的失真情况，使得本实施例中的校正过程更加准确，得到的时域散射矩阵与理想的回波信号更加接近，提高了校正效果。

在一些实施例中，参见图7，图7是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，基于图6及上述实施例，在步骤在s10810之后，还可以执行s10812至s10816。

在s10812中，将分辨率展宽比小于预设阈值的至少一种极化方式，确定为无pd极化方式。

在本实施例中，根据上述实施例中的描述，每种极化方式对应的雷达回波信号受到pd影响的大小不同，因此，对应的，各极化方式对应的分辨率展宽比也会存在差异，在完成校正过程，得到各极化方式对应的校正回波数据后，还需要判断各极化方式中分辨率展宽比是否存在小于预设阈值的极化方式，并将小于预设阈值的至少一种极化方式确定为无pd极化方式。其中，该无pd极化方式表示pd对该极化方式下的雷达回波数据影响较小，无需对其校正处理。

在s10814中，根据雷达原始回波数据，确定各无pd极化方式对应的原始回波数据。

在本实施例中，若存在至少一种无pd极化方式，根据雷达原始回波数据，提取该雷达原始回波数据中各无pd极化方式对应的原始回波数据。

在s10816中，将时域散射矩阵中各无pd极化方式对应的校正回波数据，替换为各无pd极化方式对应原始回波数据。

在本实施例中，由于该无pd极化方式中pd对该极化方式下的雷达回波数据影响较小，对其进行校正时会出现反向校正的现象，因此该无pd极化方式对应的校正回波数据可能与理想的回波数据相差较大，需要将时域散射矩阵中各无pd极化方式对应的校正回波数据，替换为各无pd极化方式对应原始回波数据，此时得到的时域散射矩阵为更加接近理想的回波数据。

在本申请实施例提供的雷达数据处理方法中，由于将时域散射矩阵中各无pd极化方式对应的校正回波数据，替换为各无pd极化方式对应原始回波数据，可以避免各极化方式中对pd影响较小的无pd极化方式的回波数据的反向校正，进一步提升了校正准确性和校正效果。

下面，将说明本发明实施例在一个实际的应用场景中的示例性应用。

本发明实施例中，利用极化合成孔径雷达获取的全极化图像数据，far影响校正。利用极化sar数据估计电离层tec含量。评估电离层对sar成像的分辨率展宽比是否可忽略。当fra及pd对sar成像质量的影响不可忽略时，对sar测量数据进行fra影响的校正处理。

图8是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，在本实施例中，提供了一种法拉第旋转极化色散对星载低频全极化sar成像影响的校正方法，该方法主要包括：

在s801中，通过polsar回波数据计算成像时的tec含量；

在s802中，计算上述tec含量下，磁信夹角、及下视角下的fra(此fra为受pd影响的fra)；

在s803中，仿真此fra及pd下的sar点目标图像；

在s804中，评估上述fra及pd对sar成像的影响程度；

在s805中，当fra及pd对sar成像质量的影响不可忽略时，对sar测量数据进行fra影响的校正处理。

以下分别对各步骤进行具体描述：

对于上述s801：通过polsar回波数据计算成像时的tec含量。

目前，电离层tec测量方法主要有利用专用仪器设备直接测量和从sar回波数据中估计两类。其中专用仪器设备测量精度高，但是时效性差，有测量延时，不能实时反应雷达信号穿过电离层时刻电离层对电磁波的影响。从sar回波数据中估计电离层tec的主要方法有：bickelandbates方法、freeman方法、qiandjin方法、chenandquegan方法。这些方法可以从极化sar数据中估计电离层tec对雷达发射电磁波产生的平均fra，再利用fra值反推得到电离层tec。这种方法比仪器测量法的测量精度低，但是能实时反应雷达信号穿过电离层时刻电离层对电磁波的影响。从sar回波数据中估计电离层tec的方法可以得到电离层tec对雷达发射电磁波产生的平均far，前期研究结果表明，电离层tec为50tecu时，p波段中心频率550mhz，宽带250mhz时，fra变化范围可以达到90°，因此，常规的直接从sar回波数据中估计电离层tec的误差很大。

因此，本项目考虑将sar回波数据按频率分成n个子带，再利用每个子带分别估计电离层tec，将得到的n个电离层tec值的统计平均值作为电离层tec估计结果，这种方法会提高tec估计精度。

在一些实施例中，上述s801可以包括：

步骤(11)将sar原始回波数据按频率划分为n(n大于1)个子带。每个子带的频率带宽为总带宽/n。n越大则后续计算量越大，tec含量估计精度将越高。

步骤(12)在图像中选择分布目标的均匀场景区域，计算每个子带对应频点的fra值ωi。

其中，步骤(12)可采用下式(2-1)计算：

其中，z12、z21由下式(2-2)计算。

这里，是hh、hv、vh、vv四种极化方式下的图像数据。

步骤(13)得到fra后，可由下式(2-3)反演每个子带tec值。

其中f为频率，α为雷达下视角。b0是地磁场的磁感应强度，b0＝(4e-5)～(5e-5)，单位特斯拉。

步骤(14)平均所有频点的tec，作为成像区域tec含量估计值utec。

设每个子带估计得到的tec值为teci，则utec的表达式(2-4)为：

在一些实施例中，对于上述s802：计算上述tec含量下，磁信夹角、及下视角下的fra(此fra为受pd影响的fra)。上述s802可以包括：

步骤(21)确定系统成像时的磁信夹角θ、下视角α。

步骤(22)根据公式计算tec含量下，磁信夹角θ、及下视角α下的fra，fra是随频率非线性变化的。

ω(f)为与频率f相关的fra。

法拉第旋转角与路径tec含量、信号频率f、地磁场的磁感应强度b0以及磁场与雷达信号夹角θ、雷达下视角α有关。

tec表示传播路径上的电子总量。

在一些实施例中，对于上述s803：仿真此fra及pd下的sar点目标图像。上述s803可以包括：

步骤(31)仿真理想情况下的sar点目标距离向线性调频回波信号。s(t)是发射的线性调频信号，

其中，f0为中心频率，k为线性调频斜率，任意时刻t的信号频率为：

步骤(32)在sar回波信号中每个频率点上加入对应频点的fra。对全极化sar系统，回波信号包含如矩阵s中hh、hv、vh、vv四种极化的回波。

其中，

sf＝ffs^sff(2-9)；

步骤(33)进行距离向脉冲压缩(fft)，得到受pd影响的点目标图像数据。

请参照图9a至图9k，其示出了在下视角为30度，磁信夹角为60度时，此fra及pd下的sar点目标图像示意图，其中，图9a为同极化下、0tecu的sar点目标图像示意图，图9b为同极化下、10tecu的sar点目标图像示意图，图9c为同极化下、20tecu的sar点目标图像示意图，图9d为同极化下、30tecu的sar点目标图像示意图，图9e为同极化下、40tecu的sar点目标图像示意图，图9f为同极化下、50tecu的sar点目标图像示意图，图9g为交叉极化下、10tecu的sar点目标图像示意图，图9h为交叉极化下、20tecu的sar点目标图像示意图，图9i为交叉极化下、30tecu的sar点目标图像示意图，图9j为交叉极化下、40tecu的sar点目标图像示意图，图9k为交叉极化下、50tecu的sar点目标图像示意图。

在一些实施例中，对于上述s804：评估上述fra及pd对sar成像的影响程度。上述s804可以包括：

步骤(41)计算s803中四种极化的点目标的3db宽度。

步骤(42)仿真理想情况下的sar点目标距离向线性调频回波信号，并进行距离向脉冲压缩(fft)，得到理想的点目标图像。

步骤(43)计算理想点目标的3db宽度。

步骤(44)计算受fra影响的点目标的分辨率展宽比。

在一些实施例中，对于上述s805：当fra及pd对sar成像质量的影响不可忽略时，对sar测量数据进行fra影响的校正处理。上述s805可以包括：

步骤(51)研究发现，当某些磁信夹角、雷达信号下视角、与tecu组合时，fra对sar成像的影响很小，此时不需要校正fra影响。通常，根据sar系统设计需求，当分辨率展宽比优于某值(根据经验，本发明设计为1.03)时，可以不校正fra的影响。

表1给出了中心频率550mhz，系统信号带宽300m时，入射角30°时，不同tecu和分辨率展宽比优于1.03所对应的磁信夹角。也就是说，当入射角为30°时，当tec含量和磁信夹角在表中范围时，不校正fra的影响。

表1线极化工作方式，分辨率展宽比优于1.03所对应的磁信夹角

步骤(52)当点目标图像的分辨率展宽比大于1.03时，校正fra对sar测量数据的影响。

全极化sar系统存在发射和接收失真时的目标的后向散射矩阵如下：

其中，r、t分别为发射和接收失真矩阵，可由系统外定标得到。当r、t未知时，可假设

分别设发射和接收校正矩阵如下：

对发射和接收校正矩阵进行傅里叶变换(fft)处理，变换到频域。

根据时域相乘对应频域卷积的原理，得到fra影响校正后的距离向频域散射矩阵。

将校正后的距离向频域数据进行距离向ifft，得到fra影响校正后的时域散射矩阵。

s＝ifft(s^fft)(2-17)；

式(2-17)即为fra影响校正后的全极化四通道(hh、hv、vh、vv)时域后向散射回波数据。

图10是本发明实施例提供的方法的一个可选的流程示意图，本实施例中，可得校正fra对sar成像的影响流程包括：

在s1001中，由上式(2-5)得到的tec值计算所有频点对应的fra值。

在s1002中，由上式(2-10)计算所有频点对应的fr矩阵。

在s1003中，由上式(2-12)和(2-13)得到发射校正矩阵和接收校正矩阵。因为tec对每个频点引起的法拉第旋转角不同，因而，需要在频域针对每个频点补偿fra。

在s1004中，将发射校正矩阵和接收校正矩阵变换到频域，如上式(2-14)和(2-15)。

在s1005中，将sar原始回波数据进行距离向fft，将数据变换的距离频域。

在s1006中，根据公式(2-16)，将发射校正矩阵、fr矩阵和接收校正矩阵卷积，得到fra影响校正后的距离向频域散射矩阵。

在s1007中，将校正后的距离向频域数据进行距离向ifft，得到fra影响校正后的时域散射矩阵，即上式(2-17)。

本发明实施例还提供雷达回波数据处理装置，用于实施上述的雷达回波数据处理方法。图11为本发明实施例提供的雷达回波数据处理装置的部分结构示意图。如图11所示，所述雷达回波数据处理装置包括：第一获取模块11、第一确定模块12、第二确定模块13和校正模块14；其中：

第一获取模块11，用于根据雷达原始回波数据获取电离层中的电子总量tec；第一确定模块12，用于根据所述tec确定所述雷达原始回波数据对应的法拉第旋转角数据；所述法拉第旋转角数据随频率非线性变化；第二确定模块13，用于根据所述法拉第旋转角数据确定pd的影响量化值；校正模块14，用于若所述影响量化值大于或等于预设阈值，则根据所述法拉第旋转角数据对所述雷达原始回波数据进行校正。

在一些实施例中，所述第一获取模块11，还用于根据雷达原始回波数据的总带宽及子带数n，将雷达原始回波数据划分为多个子带数据；分别确定各子带数据对应的fra；根据各子带数据对应的fra，反演得到各子带数据对应的子带tec；将各子带tec的平均值作为tec。

在一些实施例中，所述第一确定模块12，还用于获取磁信夹角、下视角和地磁感应强度；根据tec、磁信夹角、下视角和地磁感应强度，确定法拉第旋转角数据。

在一些实施例中，影响量化值包括多种极化方式中每一极化方式对应的分辨率展宽比，所述校正模块14，还用于若多种极化方式中每一极化方式对应的分辨率展宽比中存在至少一个分辨率展宽比大于或等于预设阈值，根据法拉第旋转角数据对雷达原始回波数据进行校正。

在一些实施例中，所述第二确定模块13，还用于根据法拉第旋转角数据确定法拉第旋转矩阵；根据特定的理想回波信号及法拉第旋转矩阵，生成受pd影响的点目标图像数据；根据理想回波信号，生成理想的点目标图像数据；将受pd影响的点目标图像数据及理想点的目标图像数据进行比较，得到影响量化值。

在一些实施例中，所述第二确定模块13，还用于根据特定的理想回波信号建立理想回波散射矩阵；理想回波信号包括各极化方式对应的理想回波信号；根据理想回波散射矩阵及法拉第旋转矩阵，确定受到pd影响的散射矩阵；对受到pd影响的散射矩阵进行距离向快速傅里叶变换，得到受pd影响的点目标图像数据。

在一些实施例中，所述第二确定模块13，还用于获取受pd影响的点目标图像数据对应的第一3db宽度；第一3db宽度包括各极化方式对应的第一3db宽度；获取理想的点目标图像数据对应的第二3db宽度；第二3db宽度包括各极化方式对应的第二3db宽度；根据各极化方式对应的第一3db宽度及第二3db宽度，分别确定各极化方式对应的分辨率展宽比。

在一些实施例中，所述校正模块14，还用于获取发射失真矩阵及接收失真矩阵；根据发射失真矩阵及法拉第旋转矩阵，确定频域发射校正矩阵；根据接收失真矩阵及法拉第旋转矩阵，确定频域接收校正矩阵；根据频域发射校正矩阵及频域接收校正矩阵，对频域的雷达原始回波数据进行校正，得到距离向频域数据；对距离向频域数据进行距离向反向快速傅里叶变换，得到时域散射矩阵；时域散射矩阵包括各极化方式对应的校正回波数据。

在一些实施例中，所述校正模块14，还用于将分辨率展宽比小于预设阈值的至少一种极化方式，确定为无pd极化方式；根据雷达原始回波数据，确定各无pd极化方式对应的原始回波数据；将时域散射矩阵中各无pd极化方式对应的校正回波数据，替换为各无pd极化方式对应原始回波数据。

以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。

需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述的雷达回波数据处理方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台雷达回波数据处理设备(例如可以是计算机设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(readonlymemory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

图12为本发明实施例提供的雷达回波数据处理设备的部分结构示意图。如图12所示，雷达回波数据处理设备2包括：存储器21和处理器22，存储器21与处理器22通过总线23连接；存储器21，用于存储可执行数据指令；处理器22，用于执行所述存储器中存储的可执行指令时，实现上述的雷达回波数据处理方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有可执行指令，用于引起处理器执行时，实现上述方法实施例中的雷达回波数据处理方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。