一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法技术

本发明专利技术公开了一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，包括：S1、构建相位屏投影函数，将方位频域图像与相位屏投影函数相乘得到方位重调频数据，得到方位重调频时域数据；S2、构建相位屏投影去斜函数，得到去斜后的相位屏距离压缩域数据；S3、对去斜后的相位屏距离压缩域数据进行傅里叶逆变换得到相位屏对应的等效SAR图像；S4、利用PGA方法对等效SAR图像进行处理，得到闪烁相位误差估计结果；S5、将闪烁相位误差估计结果的共轭相位项与方位重调频时域数据相乘，在方位频域与相位屏投影函数的共轭相乘，通过傅里叶变换得到闪烁效应校正后的SAR图像。本发明专利技术能够对低信杂比的面目标场景图像实现闪烁效应校正处理，改善低波段SAR方位向图像聚焦性能。SAR方位向图像聚焦性能。SAR方位向图像聚焦性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法


[0001]本专利技术涉及天基微波遥感与地球空间天气的交叉
，更具体地说，特别涉及一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法。

技术介绍

[0002]工作在L波段和P波段的低波段星载SAR在全球生物量反演、碳
‑
水循环监测、隐蔽目标侦察等方面具有巨大的应用潜力和价值，但由于工作频率低，低波段星载SAR易受电离层闪烁效应的影响。特别地，在不同的地磁场状况下，SAR图像中将会呈现出两种不同的闪烁现象：幅度闪烁条纹以及方位向散焦。相比于前者对应的幅度误差，后者对应闪烁相位误差引起的方位向去相关，故需要针对散焦SAR图象进行自聚焦处理。
[0003]针对电离层SPE(Scintillation Phase Error，闪烁相位误差)沿着方位向错开、重叠的空变特征，申请人所在团队同时提出了一种PSP(Phase Screen Projection，相位屏投影) 方法，通过构造等效电离层PS(Phase Screen，相位屏)对应的方位向逆匹配滤波器及去斜滤波器，实现了SPE与方位向数据的解耦合。并利用PSP
‑
PCA(Phase Curvature Autofocus，相位曲率自聚焦)方法，实现了点阵场景图像的处理验证。然而，PCA中相位二次差分操作会引入额外的噪声，故该方法仅在信杂比很高的情况下具有有效性。为此，有必要开发一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，以克服现有技术所存在的缺陷。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，包括以下步骤：
[0007]S1、构建相位屏投影函数，将星载SAR方位频域图像与所述相位屏投影函数相乘得到方位重调频数据，并对方位重调频数据进行傅里叶逆变换得到方位重调频时域数据；
[0008]S2、构建相位屏投影去斜函数，将方位重调频时域数据与相位屏投影去斜函数相乘得到去斜后的相位屏距离压缩域数据；
[0009]S3、对去斜后的相位屏距离压缩域数据进行傅里叶逆变换得到相位屏对应的等效 SAR图像；
[0010]S4、利用相位梯度自聚焦方法对等效SAR图像进行处理，得到闪烁相位误差估计结果；
[0011]S5、将闪烁相位误差估计结果的共轭相位项与方位重调频时域数据相乘，并在方位频域与相位屏投影函数的共轭相乘，再通过傅里叶变换得到闪烁效应校正后的SAR图像。
[0012]进一步地，所述方位频域采用的计算方法为：
[0013]输入受电离层闪烁效应影响的星载P波段SAR单视复图像，假设工作在条带模式，所述方位频域为：
[0014][0015]其中f
a
为多普勒频率，PRF为脉冲重复频率，σ
n
为场景内第n个目标的后向散射系数，为标准的矩形窗函数，η
n
为第n个目标对应的方位向中心时刻，φ0为常数相位，Δφ
i,n
为第n个目标经历的闪烁相位误差。
[0016]进一步地，所述步骤S1中的相位屏投影函数的计算公式为：
[0017][0018]其中K
a
为多普勒调频率，α
i
＝H
p
/H
s
为映射系数，且α
i
＜1，H
p
为电离层闪烁相位误差高度，H
s
为卫星高度，i代表电离层高度对应的系数，j为复数。
[0019]进一步地，所述步骤S1中将星载SAR方位频域图像与所述相位屏投影函数相乘得到方位重调频数据，并对方位重调频数据进行傅里叶逆变换得到方位重调频时域数据的具体公式为：
[0020][0021]其中，η为方位慢时刻，T
a
为合成孔径时间，K
′
a
＝K
a
/α
i
为映射后的多普勒调频率，α
i
T
a
为方位向线性调频信号的时宽变，B
a
＝α
i
T
a
K
′
a
为多普勒带宽，与原始带宽相同。
[0022]进一步地，所述步骤S2中相位屏投影去斜函数的计算公式为：
[0023]H
deramp
(η)＝exp(
‑
jπK
′
a
η2).
[0024]进一步地，所述步骤S2中将方位重调频时域数据与相位屏投影去斜函数相乘得到去斜后的相位屏距离压缩域数据的计算公式为：
[0025][0026]进一步地，所述步骤S3中相位屏对应的等效SAR图像的计算公式为：
[0027]Img
eq
＝IFT{s
′
i,n
(η)}。
[0028]进一步地，所述步骤S5中将电离层估计结果的共轭相位项与方位重调频时域数据相乘，并在方位频域与相位屏投影函数的共轭相乘，再通过傅里叶变换得到闪烁效应校正后的SAR图像的计算公式为：
[0029][0030]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术一方面利用相位屏投影处理，实现了闪烁相位误差与方位向数据的解耦合；另一方面在相位屏投影基础上进行时频变换处理，获取的等效SAR图像可直接应用于经典相位梯度自聚焦，避免了对信号相位进行二次差分处理，增强了校正方法对低信杂比情况的适应性。本专利技术能够对低信杂比的面目标场景图
像实现闪烁效应校正处理，显著改善低波段SAR方位向图像聚焦性能。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1是本专利技术低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法的实现流程图。
[0033]图2为本专利技术仿真验证实验中的两个面目标场景图像，(a)对应强散射体为主的城区场景；(b)对应分布式目标为主的山区场景。
[0034]图3为本专利技术电离层闪烁效应影响下的两个面目标场景图像，(a)对应城区场景，(b) 对应山区场景。
[0035]图4为本专利技术相位屏投影处理后的相位屏距离压缩域数据，(a)对应城区场景，(b)对应山区场景。
[0036]图5为方位向时频变换处理后的等效SAR图像，(a)对应城区场景，(b)对应山区场景。
[0037]图6为相位屏投影
‑
相位梯度自聚焦与相位屏投影
‑
相位曲率自聚焦对应的闪烁相位误差估计结果，(a)对应城本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建相位屏投影函数，将星载SAR方位频域图像与所述相位屏投影函数相乘得到方位重调频数据，并对方位重调频数据进行傅里叶逆变换得到方位重调频时域数据；S2、构建相位屏投影去斜函数，将方位重调频时域数据与相位屏投影去斜函数相乘得到去斜后的相位屏距离压缩域数据；S3、对去斜后的相位屏距离压缩域数据进行傅里叶逆变换得到相位屏对应的等效SAR图像；S4、利用相位梯度自聚焦方法对等效SAR图像进行处理，得到闪烁相位误差估计结果；S5、将闪烁相位误差估计结果的共轭相位项与方位重调频时域数据相乘，并在方位频域与相位屏投影函数的共轭相乘，再通过傅里叶变换得到闪烁效应校正后的SAR图像。2.根据权利要求1所述的低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，其特征在于，所述方位频域采用的计算方法为：输入受电离层闪烁效应影响的星载P波段SAR单视复图像，假设工作在条带模式，所述方位频域为：其中f
a
为多普勒频率，PRF为脉冲重复频率，σ
n
为场景内第n个目标的后向散射系数，为标准的矩形窗函数，η
n
为第n个目标对应的方位向中心时刻，φ0为常数相位，Δφ
i,n
为第n个目标经历的闪烁相位误差。3.根据权利要求2所述的低波段星载SAR图像电离层闪烁效应校正方法，其特征在于，所述步骤S1中的相位屏投影函数的计算公式为：其中K
a
为多普勒调频率，α
i
＝H
p
/H
s
为映射系数，且α
i
＜1，H
p
为电离层闪烁相位误差高度，H
s
为卫星高度，i代表电离层高度对应的系数，j为复数。4.根据权利要求3所述的低波...

【专利技术属性】
技术研发人员：计一飞，董臻，张永胜，余安喜，张启雷，何志华，何峰，金光虎，孙造宇，李德鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：