一種geo sar電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GEO?SAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?，首先將GEO?SAR獲取的原始回波數(shù)據(jù)分塊獲得多個子場景，針對每個子場景進(jìn)行補(bǔ)償處理，然后拼接獲得自聚焦結(jié)果；其中補(bǔ)償處理的過程為：針對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行Dechirp處理，獲得sde(n,m)；然后初始化幅度補(bǔ)償值αn和相位補(bǔ)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(bǔ)償模型并分別計算圖像熵EA和圖像熵EP；以EA和EP作為代價函數(shù)，對αn和ψn進(jìn)行迭代更新，直至達(dá)到代價函數(shù)的最小值點，采用最終更新的幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值對sde(n,m)進(jìn)行補(bǔ)償并進(jìn)行FFT成像，獲得當(dāng)前子場景的補(bǔ)償處理結(jié)果。本發(fā)明可以對電離層閃爍引入的回波數(shù)據(jù)幅度起伏與相位誤差進(jìn)行精確估計與補(bǔ)償。
【專利說明】—種GEO SAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)GEO SAR成像領(lǐng)域，具體地說，是一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002]在GEO SAR成像中，電離層閃爍將造成目標(biāo)回波信號的幅度和相位歷史發(fā)生劇烈起伏，從而導(dǎo)致成像聚焦質(zhì)量嚴(yán)重下降。電離層閃爍主要發(fā)生于地球赤道與極地地區(qū)，中緯度地區(qū)發(fā)生概率較低，而GEO SAR長合成孔徑時間和大觀測區(qū)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(bǔ)償方法的研究十分必要。
[0003]電離層閃爍主要由電離層不規(guī)則體引起，午夜前最為嚴(yán)重。引起電離層閃爍的不規(guī)則體結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)在200-1000km高度，特別是250-400km的高度。不規(guī)則體結(jié)構(gòu)與內(nèi)在機(jī)理復(fù)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(shù)據(jù)幅度與相位誤差。因此，通過電離層模型研究或測量來補(bǔ)償電離層閃爍導(dǎo)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(jī)特性，而且由于不規(guī)則體的空間尺度變化較大，電離層閃爍還具有較強(qiáng)的空變特性。場景中目標(biāo)具有相同誤差函數(shù)的假設(shè)也不再成立。
[0004]針對電離層閃爍誤差不可測問題，有必要開展基于回波數(shù)據(jù)本身的自聚焦補(bǔ)償方法研究，當(dāng)前的補(bǔ)償方法為基于參數(shù)模型的SAR誤差補(bǔ)償方。然而由于電離層閃爍誤差的隨機(jī)性，基于參數(shù)模型的SAR誤差補(bǔ)償方法需要較高階次才能準(zhǔn)確描述隨機(jī)誤差，這將大大地加重計算負(fù)擔(dān)。因此，基于非參數(shù)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(shù)據(jù)采用先成像后分塊補(bǔ)償?shù)奶幚硭悸?。圖像分塊尺寸由電離層閃爍的空間相關(guān)長度決定。
[0005]因此需要一種能適應(yīng)電離層閃爍誤差隨機(jī)起伏與空變特性的GEO SAR自聚焦補(bǔ)償方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種GEO SAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?，能夠?qū)﹄婋x層閃爍引入的回波數(shù)據(jù)幅度起伏與相位誤差進(jìn)行精確估計與補(bǔ)償，并且可以適應(yīng)閃爍誤差的隨機(jī)性與空變性。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]第一步、采用地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)GEO SAR針對衛(wèi)星獲取原始回波數(shù)據(jù)。
[0009]第二步、針對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像場景的分塊，獲得多個子場景，針對每個子場景采用如下S201?S204的補(bǔ)償處理，將所有子場景的補(bǔ)償處理結(jié)果拼接獲得自聚焦結(jié)果。
[0010]S201、在當(dāng)前子場景內(nèi)，原始回波數(shù)據(jù)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(shù)值未知；對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行去調(diào)頻Dechirp處理,獲得Dechirp結(jié)果sde (n, m);其中η為原始回波數(shù)據(jù)的方位向采樣序號，m為原始回波數(shù)據(jù)的距離向采樣序號。
[0011]S202、初始化幅度補(bǔ)償值αη和相位補(bǔ)償值Ψη均為0，針對Dechirp結(jié)果sde (n，m)，建立幅度誤差補(bǔ)償模型并計算圖像熵Ea，建立相位誤差補(bǔ)償模型并計算圖像熵EP。
[0012]S203、以圖像熵Ea和Ep作為代價函數(shù)，并針對幅度補(bǔ)償值αη和相位補(bǔ)償值！^進(jìn)行迭代更新，直至達(dá)到代價函數(shù)的最小值點，獲得最終更新的幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值。
[0013]S204、采用最終更新的幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值對Dechirp結(jié)果sde (n, m)進(jìn)行補(bǔ)償并進(jìn)行FFT成像，獲得當(dāng)前子場景的補(bǔ)償處理結(jié)果。
[0014]進(jìn)一步地，S201中的原始回波數(shù)據(jù)為進(jìn)行了距離壓縮以及徙動校正處理后的數(shù)據(jù)。
[0015]進(jìn)一步地，針對幅度補(bǔ)償值Cin和相位補(bǔ)償值Ψη進(jìn)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(dǎo)數(shù)

【權(quán)利要求】
1.一種GEO SAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?，其特征在于，該方法包括如下步驟: 第一步、采用地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)GEO SAR針對衛(wèi)星獲取原始回波數(shù)據(jù)； 第二步、針對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像場景的分塊，獲得多個子場景，針對每個子場景采用如下S201~S204的補(bǔ)償處理，將所有子場景的補(bǔ)償處理結(jié)果拼接獲得自聚焦結(jié)果； ..5201、在當(dāng)前子場景內(nèi)，原始回波數(shù)據(jù)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(shù)值未知；對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行去調(diào)頻Dechirp處理，獲得Dechirp結(jié)果sde(n, m);其中η為所述原始回波數(shù)據(jù)的方位向采樣序號，m為所述原始回波數(shù)據(jù)的距離向米樣序號； .5202、初始化幅度補(bǔ)償值αη和相位補(bǔ)償值Ψη均為0，針對所述Dechirp結(jié)果sde (n, m)，建立幅度誤差補(bǔ)償模型并計算圖像熵Ea，建立相位誤差補(bǔ)償模型并計算圖像熵Ep ； .5203、以圖像熵Ea和Ep作為代價函數(shù)，針對幅度補(bǔ)償值αη和相位補(bǔ)償值11^進(jìn)行迭代更新，直至達(dá)到代價函數(shù)的最小值點，獲得最終更新的幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值； . 5204、采用最終更新的幅度補(bǔ)償值和相位補(bǔ)償值對Dechirp結(jié)果sde(n，m)進(jìn)行補(bǔ)償并進(jìn)行FFT成像，獲得當(dāng)前子場景的補(bǔ)償處理結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?，其特征在于，S201中的原始回波數(shù)據(jù)為進(jìn)行了距離壓縮以及徙動校正處理后的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒?，其特征在于，所述針對幅度補(bǔ)償值αη和相位補(bǔ)償值Ψη進(jìn)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(jù)SI中所求解的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)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(gòu)造針對幅度補(bǔ)償值cin和相位補(bǔ)償值Ψη:次函數(shù)如下；
4.如權(quán)利要求1所述的一種GEOSAR電離層閃爍幅相誤差補(bǔ)償?shù)淖跃劢狗椒ǎ涮卣髟谟?，所述S203具體包括如下步驟: S2031、以i為迭代次數(shù)，i初始值為O ;以S202中初始化的幅度補(bǔ)償值α η和相位補(bǔ)償值ψη作為當(dāng)前幅度補(bǔ)償值<和當(dāng)前相位補(bǔ)償值< ；.52032、依據(jù)當(dāng)前幅度補(bǔ)償值< 和當(dāng)前相位補(bǔ)償值 <，針對所述Dechirp結(jié)果sde (n, m)，建立幅度誤差補(bǔ)償模型并計算第i次圖像熵Em，建立相位誤差補(bǔ)償模型并計算第i次圖像熵Epi ； .52033、若i = O，直接執(zhí)行 S2034 ； 若i幸O，判斷第i次圖像熵Em是否小于第1-Ι次圖像熵Ea(H)，若是，則執(zhí)行S2034,否則以當(dāng)前幅度補(bǔ)償值《I作為最終更新的幅度補(bǔ)償值，并停止對幅度補(bǔ)償值的迭代更新；同時判斷第i次圖像熵Epi是否小于第1-Ι次圖像熵EP(i_D，若是，則執(zhí)行S2035，以當(dāng)前相位補(bǔ)償值次作為最終更新的相位補(bǔ)償值，并停止對相位補(bǔ)償值的迭代更新； . 52034、針對幅度補(bǔ)償值Cin進(jìn)行迭代更新，計算第i+Ι次迭代的幅度補(bǔ)償值,并使i自增1，返回S2032 ； .52035、針對相位補(bǔ)償值Ψη進(jìn)行迭代更新，計算第i+Ι次迭代的相位補(bǔ)償值，并使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(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)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(xué)