星载P/L-SAR电离层成像误差高精度补偿方法研究

With great development spaceborne P and L band SAR are utilized for vegetation detection and ground monitoring. Because of long wavelength the SAR signals are seriously affected by ionosphere, so how to compensate the ionospheric errors is a key technique for spaceborne P/L-SAR. For ionospheric error on SAR image formation, current compensation methods have disadvantages: they are not applicable for all SAR scenes and have low accuracy. Therefore, this project focuses on high accuracy compensation of ionospheric imaging errors with good applicability. Dispersion error compensation method based on sub-band correlation will be proposed. Two-dimensional scintillation error compensation method based on minimum entropy autofocusing will also be proposed. In addition, we will research on fine faraday rotation angle estimation for scintillation error compensation and propose a method of suppressing noise in estimated scintillation phase based on wavelet transform. Finally the synthetical compensation method can be presented. It can achieve high accuracy compensation of imaging error and focus image well, laying a foundation for spaceborne P/L-SAR image quality improvement.

星载P、L波段SAR用于植被探测、地形监测等，近年来在国际上发展迅速。由于其工作波长较长，SAR信号受电离层影响严重，如何补偿其电离层误差是星载P/L-SAR的关键技术之一。目前的电离层误差补偿方法在成像误差补偿方面存在缺陷，表现为适用性有限且精度不高。本项目重点研究适用性强的电离层成像误差高精度补偿方法。提出基于子带相关的电离层色散误差补偿方法；提出基于最小熵自聚焦的二维闪烁误差补偿方法；研究基于精细法拉第旋转角估计的闪烁误差补偿方法，提出基于小波变换的闪烁相位估计噪声抑制方法。在此基础上给出星载P/L-SAR电离层成像误差综合补偿方法，实现成像误差高精度补偿，保证图像聚焦精度，为星载P/L-SAR图像质量提升奠定一定的技术基础。

星载P、L波段合成孔径雷达（SAR）在森林生物量观测、地形监测、隐藏目标探测等方面具有独特的优势，近年来成为国际研究热点。由于波长较长，SAR信号受电离层影响严重。本项目针对电离层对星载P/L-SAR造成的成像误差研究高精度补偿方法。针对电离层相位色散误差，研究了子带相关自聚焦和最大对比度自聚焦补偿方法，在不同信杂比情况下对比分析了两种方法的性能，得出通常情况下最大对比度自聚焦性能更优的结论，并提出了两种方法满足聚焦精度的信杂比门限，另外针对宽带SAR系统高次相位误差补偿，提出了改进的最大对比度自聚焦方法，提高了补偿精度。针对宽带系统电离层极化色散误差，提出了基于四极化通道数据的最大对比度自聚焦补偿方法，实现高精度补偿。针对电离层闪烁误差，对于单/双极化数据，研究了最小熵自聚焦和相位梯度自聚焦补偿方法，在不同信杂比情况下对比分析了两种方法的性能，得出最小熵自聚焦性能更优的结论，并提出了最小熵自聚焦补偿精度的经验公式；对于全极化数据，研究了基于法拉第旋转角估计的闪烁误差补偿方法，提出了新颖的平滑窗设计方法，提高了补偿精度。针对地球同步轨道SAR（GEO-SAR）电离层时变误差，分析了电离层总电子量（TEC）时变规律，得出聚焦误差主要为二次误差的结论，提出采用自聚焦算法补偿。电离层成像误差补偿是未来星载P/L-SAR系统的关键技术之一，本项目的研究成果有重要的参考价值，为其提供技术支撑。