[发明专利]一种低频宽带星载SAR成像电离层相位误差补偿方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的：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。

本发明采用的技术方案是：

一种低频宽带星载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。