一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法，基于勒让德正交基，对电离层相位误差进行级数分解至三次项，得到的各阶次误差相互正交，解决了现有评估方法各阶次耦合的问题。然后基于此正交模型推导出的各阶次表达式，定量评估了零次相位误差对方位向图像的展宽，一次相位误差对距离向图像的平移，二次相位误差引起的脉冲展宽，以及三次相位误差引起的脉冲畸变。基于此影响可得到电离层总电子含量TEC信息，进而对图像进行电离层影响补偿。该方法能够更加准确反应真实电离层相位误差对低频宽带星载SAR成像的影响，因此提高了电离层影响的补偿精度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法，基于勒让德正交基，对电离层相位误差进行级数分解至三次项，得到的各阶次误差相互正交，解决了现有评估方法各阶次耦合的问题。然后基于此正交模型推导出的各阶次表达式，定量评估了零次相位误差对方位向图像的展宽，一次相位误差对距离向图像的平移，二次相位误差引起的脉冲展宽，以及三次相位误差引起的脉冲畸变。基于此影响可得到电离层总电子含量TEC信息，进而对图像进行电离层影响补偿。该方法能够更加准确反应真实电离层相位误差对低频宽带星载SAR成像的影响，因此提高了电离层影响的补偿精度。【专利说明】一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法
本专利技术涉及一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法，属于合成孔径 雷达领域和电离层电波传播领域，主要用于提高低频宽带星载SAR成像电离层补偿精度。
技术介绍
着眼于全球范围内对森林植被和地下隐藏目标的高分辨识别等需求，工作在VHF/ UHF频段的低频星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)系统发展趋势之一是 朝着更大的相对带宽设计。然而，由于其工作于电离层之上或之中，这些频段的回波相位不 可避免受到影响，并且载频越低、带宽越大，影响越严重，使得SAR系统的工作性能急剧下 降。为了更加彻底抑制电离层的影响，对其进行精确建模和评估是前提和关键。因此，建模 和评估的精确性直接决定了电离层补偿后低频宽带星载SAR系统的工作性能。 目前针对PALSAR和BIOMASS SAR等低频窄带SAR信号的电离层影响，由于其相位误 差二次及以上各项较小可以忽略，泰勒级数展开成为分析和补偿各阶次误差对SAR成像质 量影响最常用的方法。然而，当低频SAR信号带宽增大时，二次及三次误差项快速增大不可 忽略，若依然用各项不正交的泰勒级数对电离层误差进行分析和补偿，由于高次项中包含 的低次项成分也相应增大，此时就会产生明显误差，详细问题如下： 第一，根据傅里叶变换性质，零次项误差并不会对SAR图像距离向压缩产生影响， 但会导致方位向图像分辨率下降。一般情况下，方位向图像质量对零次相位误差较敏感，因 此需要比较精确的评估。而随着带宽的增大，由于现有方法并没有考虑二次相位误差中的 零次分量，因此并不能很好地补偿零次相位误差带来的影响。 第二，一次相位误差会导致图像距离向平移，虽然对于场景单点情况，图像偏移不 会影响图像成像质量，但实际场景是由许多点目标组成，这种偏移会造成局部分辨率下降。 随着带宽增大，现有补偿方法并没有考虑三次相位误差中的一次分量，因此也会导致不可 忽略的误差。 第三，二次相位误差会引起距离向脉冲展宽(脉压后），导致分辨率下降，由于现有 方法所评估的二次相位误差包含了零次项，因此需提高其精度。 第四，三次相位误差会引起距离向脉压后非对称畸变，对于PALSAR或BIOMASS SAR 等窄带系统，三次相位误差量级很小可以忽略。而在分析大带宽时，现有方法中的一次项成 分会引起明显的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的:克服现有技术的不足，提供一种低频宽带星载SAR成像电离层相位 误差补偿方法，克服泰勒级数展开得到的各阶次相位误差耦合问题，有效提高了电离层影 响补偿的精度。 本专利技术采用的技术方案是： -种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法，包括如下步骤： (1)获得电离层影响下的低频宽带星载SAR回波信号，针对该星载SAR回波信号建 立基于勒让德正交级数展开的电离层零次至三次相位误差； (2)确定电离层零次相位误差对方位向成像质量的影响，即确定电离层零次相位 误差引起的方位向最大二次相位误差值，进而确定第一垂直总电子含量值TECi; (3)确定电离层一次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层一次相位 误差引起的图像距离向平移量，进而确定第二垂直总电子含量值TEC 2; (4)确定电离层二次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层引起的距 离向最大二次相位误差，进而确定第三垂直总电子含量值TEC 3; (5)确定电离层三次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层引起的距 离向最大三次相位误差，进而确定第四垂直总电子含量值TEC 4; (6)根据步骤(2)~(5)中确定的四个TEC值，计算垂直总电子含量平均值TE_; (7)根据步骤(6)中得到的TEOF均，确定步骤（1)中的电离层零次至三次相位误差； (【具体实施方式】中说明将TE_代入步骤1公式中即可） (8)根据步骤(7)中确定的电离层零次至三次相位误差，对星载SAR图像进行补偿， 得到去除电离层影响的载SAR图像。 所述步骤（1)中零次到三次的相位误差依次为Δ (})QLe(f〇、Δ φ1?(3(?·τ)、Δ (J)2Le (fT)、A φ3^(?·τ)，具体通过如下公式得到： 其中，fο为载频，B为发射带宽，Ao为常数，且Ao = 40.28; f τ e 为SAR信号 频谱范围，TEC为垂直总电子含量值。所述步骤(2)中确定电离层零次相位误差引起的方位向最大二次相位误差值，进 而确定第一垂直总电子含量值TECi，具体为：其中Ls为合成孔径长度，TECo定义为雷 达距离目标最小斜距时的TEC值，TEco = TECVcosej为雷达下视角，fQ为载频，B为发射带 宽，C为光速，△ 为方位向最大二次相位误差值。 所述步骤(3)确定电离层一次相位误差引起的图像距离向平移量，进而确定第二 垂直总电子含量值TEC2，具体为：，其中，Δ LrLe为图像距离向平 移量， 所述步骤(4)确定电离层引起的距离向最大二次相位误差，进而确定第三垂直总 电子含量值TEC3，具体为：其中，Δ C>r2Le为距尚向最大二次相位误差。 所述步骤(5)确定电离层引起的距离向最大三次相位误差，进而确定第四垂直总 电子含量值TEC4，具体为： Γ00391 其中，Δ cl)r3LeS距离向最大三次相位误差。 步骤（6)中的TE&_= (TECi+TEC2+TEC3+TEC4)/4。 本专利技术与现有技术相比可取得以下技术效果： (1)本专利技术方法基于勒让德正交基对电离层相位误差进行分解，可完美区分各阶 次误差对SAR图像的影响，解决了现有泰勒级数展开评估方法各阶次耦合问题。 (2)本专利技术基于此正交模型推导出零次至三次电离层相位误差对SAR图像成像质 量影响的数学模型，由于此时高阶项误差不含低阶项成分，因此得到的数学模型较泰勒级 数展开方法得到的更加精确。基于这些影响模型进而可得到四个总电子含量TEC值，最终得 到其平均值。此时利用得到的TEC平均值对受到电离层影响的星载SAR图像进行补偿。由于 本方法可完美区分各阶次误差对SAR图像的影响，解决了现有评估方法各阶次不独立的问 题，提高了电离层影响补偿精度。【附图说明】图1为本专利技术方法的流程图；图2为泰勒级数展开得到的三次相位误差仿真结果示意图； 图3为本专利技术得到的三次相位误差仿真结果示意图； 图4为本专利技术得到的电离层相位误差对真实误差补偿的仿真结果示意图，其中，图 4(a)为星载SAR图像电离层影响补偿的一维结果；图4(a)中的上图为受到电离层影响的结 果，中图所示的为利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获得电离层影响下的低频宽带星载SAR回波信号，针对该星载SAR回波信号建立基于勒让德正交级数展开的电离层零次至三次相位误差；(2)确定电离层零次相位误差对方位向成像质量的影响，即确定电离层零次相位误差引起的方位向最大二次相位误差值，进而确定第一垂直总电子含量值TEC1；(3)确定电离层一次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层一次相位误差引起的图像距离向平移量，进而确定第二垂直总电子含量值TEC2；(4)确定电离层二次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层引起的距离向最大二次相位误差，进而确定第三垂直总电子含量值TEC3；(5)确定电离层三次相位误差对距离向成像质量的影响，即确定电离层引起的距离向最大三次相位误差，进而确定第四垂直总电子含量值TEC4；(6)根据步骤(2)～(5)中确定的四个TEC值，计算垂直总电子含量平均值TEC平均；(7)根据步骤(6)中得到的TEC平均，确定步骤(1)中的电离层零次至三次相位误差；(具体实施方式中说明将TEC平均代入步骤1公式中即可)(8)根据步骤(7)中确定的电离层零次至三次相位误差，对星载SAR图像进行补偿，得到去除电离层影响的载SAR图像。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：成，陈亮，刘露，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。