本发明专利技术公开了一种星载全极化P波段宽带SAR电离层色散误差补偿方法，其包括：对所述SAR在HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像分别进行取模后相互叠加，并计算叠加图像上的标记信号的第一对比度；设定标记信号在四通道上的对应信号，设置其初始TEC、TEC迭代步长及步长门限；根据对应信号在相位色散误差校正、取模叠加后的第二对比度与第一对比度的比较，更新第一对比度、并调整迭代步长进行迭代，在迭代收敛至步长门限后求得最终TEC根据最终TEC进行相位色散误差补偿及极化色散误差补偿，得到补偿图像。本发明专利技术可显著提高宽带SAR中的TEC的估计精度。的TEC的估计精度。的TEC的估计精度。
【技术实现步骤摘要】
星载全极化P波段宽带SAR电离层色散误差补偿方法
[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达电离层色散误差补偿方法的
技术介绍
[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Rader,SAR)是一种高分辨率微波成像系统，相比于其他光学成像系统，SAR能够穿透云层、烟雾等障碍，具备红外传感器、可见光等所不具有的穿透一定覆盖物和全天候工作能力。P波段SAR信号对地表和植被有较强的穿透性，因此在森林生物量监测、隐蔽目标探测、大面积灾害监测、浅海地形探测方面有着其独有的优势。但自地面60km以上到磁层顶的整个空间的作为各向异性色散介质的电离层会对星载P波段SAR信号产生影响，具体表现包括：SAR信号在经过电离层时，信号的不同频率成分在电离层传播的相速度不同，会使不同的频率成分具有不同的相位延迟，由此导致电离层的相位色散现象，该现象会导致穿过电离层传播的脉冲信号发生畸变，造成SAR图像散焦。
[0003]现有技术中，针对单极化通道(HH、HV、VH、VV通道之一，分别表示水平极化发射水平极化接收通道、水平极化发射垂直极化接收通道、垂直极化发射水平极化接收通道、垂直极化发射垂直极化接收通道)图像的典型相位色散的补偿方法以SAR图像的一个方向为距离向，另一个方向为方位向，相位色散误差发生在距离向为前提，通过最大对比度自聚焦算法，利用相位色散误差越大对比度越小这一现象，由迭代找到图像的最大对比度，来估计相位误差，从而补偿相位误差，
[0004]传统的经单一极化通道发射与接收电磁波的SAR只能获得地物对某种单极化电磁波的散射特性，而全极化SAR通过2个通道发射和接收不同极化方式的电磁波，所测得的4组数据HH、HV、VH、VV可以全面地获取目标在观测方向上对任意电磁波的散射特性，与传统的SAR相比，全极化SAR极大的提高了对目标散射信息的获取能力；但其存在当线极化电磁波通过电离层时，会在电磁场的影响下产生极化面相对入射波的旋转，即法拉第旋转效应(其旋转角度为法拉第旋转角)，因此当宽带SAR信号经过电离层时，还需考虑法拉第旋转角随信号频率的变化、导致接收信号的幅度谱发生失真，出现极化色散现象的问题。
[0005]现有技术中，针对宽带SAR只考虑了相位色散的影响，没有考虑极化色散的影响，而在存在极化色散的情况下，现有技术对电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)的估计精度不够，且现有技术中的针对单一极化通道的最大对比度自聚焦算法无法解决对极化色散的补偿问题。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种针对P波段宽带SAR的电离层色散补偿方法，该方法可对电离层极化色散进行准确补偿，并在相位色散和极化色散都存在的情况下，提高雷达的TEC估计精度。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]星载全极化P波段宽带SAR电离层色散误差补偿方法，其包括：
[0009]S1对所述SAR在HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像分别进行取模，其后互相叠加，获得叠加图像；
[0010]S2在所述叠加图像中设置多条方位向标记信号，并计算其对比度，获得第一对比度；
[0011]S3选取所述标记信号在HH、HV、VH、VV四个通道上的对应方位向信号，设定其初始电离层总电子含量(TEC)、TEC迭代步长及TEC步长门限；
[0012]S4对所述对应方位向信号在所述四个通道上分别进行相位色散校正，获得其校正后信号；
[0013]S5对所述校正后信号在所述四个通道上分别进行取模，然后相互叠加，并计算其叠加后信号的对比度，获得第二对比度；
[0014]S6将所述第二对比度与所述第一对比度进行对比，根据对比结果，更新所述第一对比度的值、所述TEC迭代步长及所述TEC，并基于更新后的该三个参数，重复S4
‑
S6，至所得TEC迭代步长的绝对值小于所述TEC步长门限，得到最终TEC，基于所述最终TEC，得到最终补偿相位；
[0015]S7对所述HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像进行基于所述最终补偿相位的误差补偿变换，得到相位色散补偿后的四通道频域图像；
[0016]S8对所述相位色散补偿后的四通道频域图像进行基于法拉第旋转角的极化色散补偿变换，经逆变换得到最终补偿图像。
[0017]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述方位向标记信号的设置包括：将所述叠加图像中每一条方位向信号的所有距离向上的点分别取模求和，得到数目等于方位向信号条数的一组数值；选取该组数值中大小在前5％的数值对应的各方位向信号为所述标记信号。
[0018]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述相位色散校正包括：对所述对应信号在所述四个通道上分别进行距离向傅里叶变换，将变换后信号乘以色散补偿相位，再进行距离向傅里叶逆变换。
[0019]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述色散补偿相位通过以下模型获得：
[0020][0021]其中，表示所述色散补偿相位，TEC
i
表示第i次迭代的TEC值，K＝40.28m3/s2，c表示光速，f
c
表示载频，f表示基带信号的频率。
[0022]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述更新基于以下更新模型实现：
[0023]若所述第二对比度大于所述第一对比度，则所述迭代步长不变，即更新后的迭代步长等于更新前的迭代步长；
[0024]否则，取所述更新前的迭代步长的1/2的相反数为所述更新后的迭代步长，且以当前的第二对比度的值对第一对比度的值进行更新，即更新后的第一对比度的值等于其更新前的第二对比度的值。
[0025]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述最终补偿相位通过以下模型获得：
[0026][0027]其中，表示所述最终补偿相位，TEC
final
表示所述最终TEC值，K＝40.28m3/s2，c表示光速，f
c
表示载频，f表示基带信号的频率。
[0028]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述基于所述最终补偿相位的误差补偿变换包括：分别对所述HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像进行距离向傅里叶变换；将变换后的信号分别乘以所述最终的补偿相位，得到所述相位色散补偿后的四通道频域图像。
[0029]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述基于法拉第旋转角的极化色散补偿变换通过以下模型实现：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035]其中，Ω(f)表示所述法拉第旋转角，Q是常数、且Q＝2.365
×
104A
·
m2/kg，θ表示地球磁场方向与雷达电磁波传播方向的夹角，TEC表示总电子含量、取所述最终TEC值，f
c
表示载频，f表示基带信号的频率，B表示地球磁场强度，分别表示极化色散补偿后的HH、HV、VH、VV通道的频域图像，分别表示相位色散补偿后的HH、HV、VH、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.星载全极化P波段宽带SAR电离层色散误差补偿方法，其特征在于，其包括：S1对所述SAR在HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像分别进行取模，其后相互叠加，获得叠加图像；S2在所述叠加图像中设置多条方位向标记信号，并计算其对比度，获得第一对比度；S3选取所述标记信号在HH、HV、VH、VV四个通道上的对应方位向信号，设定其初始电离层总电子含量、总电子含量迭代步长及总电子含量步长门限；S4对所述对应方位向信号在所述四个通道上分别进行相位色散校正，获得其校正后信号；S5对所述校正后信号在所述四个通道上分别进行取模，其后相互叠加，并计算其叠加后的信号的对比度，获得第二对比度；S6将所述第二对比度与所述第一对比度进行对比，根据对比结果，更新所述第一对比度的值、所述迭代步长及所述电离层总电子含量，并基于更新后的该三个参数，重复S4
‑
S6，至所得迭代步长的绝对值小于所述步长门限，得到最终总电子含量，基于所述最终总电子含量，得到最终补偿相位；S7对所述HH、HV、VH、VV四个通道上得到的原始图像进行基于所述最终补偿相位的误差补偿变换，得到相位色散补偿后的四通道频域图像；S8对所述相位色散补偿后的四通道频域图像进行基于法拉第旋转角的极化色散补偿变换，经逆变换得到最终补偿图像。2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述方位向标记信号的设置包括：将所述叠加图像中每一条方位向信号的所有距离向上的点分别取模求和，得到数目等于方位向信号条数的一组数值；选取该组数值中大小在前5％的数值对应的各方位向信号为所述标记信号。3.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，所述相位色散校正包括：对所述对应信号在所述四个通道上分别进行距离向傅里叶变换，将变换后信号乘以色散补偿相位，再进行距离向傅里叶逆变换。4.根据权利要求3所述的补偿方法，其特征在于，所述色散补偿相位通过以下模型获得：其中，表示所述色散补偿相位，TEC
i
表示第i次迭代的电离层总电子含量，K＝40.28m3/s2，c表示光速，f
c
【专利技术属性】
技术研发人员：姚湖广，李卓，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：
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