一种应用于多极化SAR的相位误差估计方法

摘要

本发明涉及了一种应用于多极化SAR（合成孔径雷达）的基于相位梯度自聚焦算法的相位误差估计方法，属于SAR成像技术领域。利用相位梯度自聚焦算法估计各极化图像的相位误差，并利用相位误差估计值对各极化图像进行相位误差补偿，得到补偿后的各极化SAR图像；计算相位误差补偿前后各极化图像的对比度及对比度改善因子，将最大的对比度改善因子对应的相位误差估计值作为各极化SAR图像的相位误差的估计值。利用相位梯度自聚焦算法对极化图像进行相位误差补偿时，图像的对比度越大，误差补偿后图像的聚焦效果越好，因此，用本发明方法获得的相位误差估计值对各极化图像进行相位误差补偿后，各极化图像取得了较好的一致聚焦效果。

权利要求

1.一种应用于多极化SAR的相位误差估计方法，其特征在于，包括：步骤一、利用相位梯度自聚焦算法分别估计SAR各极化图像的相位误差；

步骤二、利用步骤一得到的结果对各极化图像进行相位误差补偿，得到补偿后的SAR极化图像；

步骤三、分别计算相位误差补偿前后各极化图像的对比度；

步骤四、分别计算相位误差补偿前后各极化图像的对比度改善因子；

步骤五、将最大的对比度改善因子对应的相位误差作为各极化SAR图像的相位误差的估计值；

所述的对比度改善因子是指相位误差补偿前后各极化图像的对比度变化率，计算公式为：其中， 分别表示HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度改善因子；C[IHH],C[IVH],C[IVV]分别表示相位误差补偿前HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度； 分别表示相位误差补偿后HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度；IHH,IVH,IVV分别表示相位误差补偿前的HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像； 分别表示相位误差补偿后的HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像。

说明书

一种应用于多极化SAR的相位误差估计方法

技术领域

[0001] 本发明属于SAR（合成孔径雷达）成像技术领域，具体涉及一种应用于多极化SAR的基于PGA算法（相位梯度自聚焦算法）的相位误差估计方法。

背景技术

[0002] 在SAR成像处理中，雷达平台的运动误差会导致回波数据沿方位向存在相位误差，如果相位误差大到能引起方位向散焦，则必须对其进行精确估计与补偿。通常情况下，相位误差可由载机上的运动传感器数据计算得到，不过由于运动传感器的测量精度有限，导致相位误差的计算值与真实值偏差很大，所以需要采用基于回波数据的相位误差估计方法，例如PGA算法。

[0003] 在极化图像的对比度较大时，采用PGA算法对极化图像补偿后，图像的聚焦效果明显。传统PGA算法是针对单极化SAR数据提出的，然而由于同一地物对于不同极化方式的电磁波具有不同散射形式，同一观测场景的多极化SAR图像呈现不同的散射特点，对其分别应用PGA算法会得到不同精度的相位误差估计值，从而导致各极化图像的聚焦效果不一致，影响后续的极化合成、目标分类以及地表参数反演等处理。

发明内容

[0004] 鉴于此，本发明提出了一种应用于多极化SAR的基于PGA算法的相位误差估计方法，可以得到各极化图像的相同精度的相位误差估计值，实现各极化图像的聚焦效果一致。

[0005] 本发明方法的具体实现步骤如下：

[0006] 步骤一、利用PGA算法分别估计HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像（用符号IHH,IVH,IVV表示）的相位误差，得到三组相位误差的估计值（用符号φHH(u),φVH(u),φVV(u)表示，其中u为方位向时域坐标）。

[0007]

[0008]

[0009]

[0010] 其中，arg表示取相位操作，FFT表示傅里叶变换，gHH(m),gVH(m),gVV(m)表示HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像的相位历程数据，其中m为相位历程数据的方位向下标，conj表示取共轭。

[0011] 步骤二、利用相位误差估计值φHH(u)、φVH(u)、φVV(u)分别对HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像进行相位补偿。用符号I(φHH),I(φVH),I(φVV)表示相位误差补偿后的HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像。

[0012] 步骤三、计算相位误差补偿前各极化图像的对比度，用符号C[IHH]、C[IVH]、C[IVV]表示；同时，计算相位误差补偿后各极化图像的对比度，用符号C[I(φHH)]、C]I(φVH)]、C[I(φVV)]表示；

[0013]

[0014]

[0015] 其中，ij为电磁波的极化方式，且ij＝HH,VH,VV；E{·}为取均值操作。

[0016] 步骤四、分别计算HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度改善因子，用符号γHH(φHH),γVH(φVH),γVV(φVV)表示；

[0017] ij＝HH,VH,VV (6)

[0018] 步骤五、取最大的对比度改善因子所对应的相位误差作为各极化图像的相位误差估计值，用符号φ表示。

[0019]

[0020] 有益效果

[0021] 本发明提供了一种应用于多极化SAR的基于PGA算法的相位误差估计方法，根据对比度改善因子选取各极化图像的相位误差估计值，并利用该值对各极化图像进行相位补偿。在极化图像对比度较大时，利用PGA算法对极化图像进行补偿能得到比较明显的聚焦效果，因此，本发明利用最大对比度改善因子对应的相位误差估计值对极化图像进行补偿，能够解决因各极化图像的相位误差估计精度不同而导致聚焦效果不一致的问题，能够获得较好的聚焦效果。

附图说明

[0022] 图1为本发明的具体实施例的实施流程图；

[0023] 图2为本发明的具体实施例中使用两种不同方法得到的相位误差补偿后的各极化SAR图像；其中，图2(a)为通过传统PGA算法得到的相位误差补偿后的HH极化SAR图像；图2(b)为通过本发明方法得到的相位误差补偿后的HH极化SAR图像；图2(c)为通过传统PGA算法得到的相位误差补偿后的VV极化SAR图像；图2(d)为通过本发明方法得到的相位误差补偿后的VV极化SAR图像；图2(e)为通过传统PGA算法得到的相位误差补偿后的VH极化SAR图像；图2(f)为通过本发明方法得到的相位误差补偿后的VH极化SAR图像。

具体实施方式

[0024] 本发明提供了一种应用于多极化SAR（合成孔径雷达）的基于PGA算法的相位误差估计方法，其基本思想是：采用传统PGA算法计算各极化图像的相位误差估计值，利用该值对每幅极化图像进行相位误差补偿，计算相位误差补偿前后各极化图像的对比度，并求得对比度改善因子，选用最大的对比度改善因子对应的相位误差估计值作为各极化图像的相位误差估计值。

[0025] 下面结合说明书附图及实施例对本发明方法作进一步说明。

[0026] 针对观测场景为某城镇的各极化图像应用本发明方法，实施流程如图1所示，具体步骤为：

[0027] 步骤一、利用传统PGA算法分别对HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像（用符号IHH,IVH,IVV表示）进行相位误差估计，得到三组相位误差估计值（用符号φHH(u),φVH(u),φVV(u)表示，其中u为方位向时域坐标）。

[0028]

[0029]

[0030]

[0031] 其中，arg表示取相位操作，FFT表示傅里叶变换，gHH(m),gVH(m),gVV(m)表示HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像的相位历程数据，其中m为相位历程数据的方位向下标，conj表示取共轭。

[0032] 步骤二、分别利用相位误差估计值φHH(u)、φVH(u)、φVV(u)对HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像进行相位补偿，得到相位误差补偿后的HH极化图像、VH极化图像和VV极化图像，分别用符号I(φHH),I(φVH),I(φVV)表示。

[0033] 步骤三、计算相位误差补偿前的HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度，用符号C[IHH],C[IVH],C[IVV]表示；同时，计算相位误差补偿后的HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度，用符号C[I(φHH)],C[I(φVH)],C[I(φVV)]表示；

[0034]

[0035]

[0036] 其中，ij为电磁波的极化方式，且ij＝HH,VH,VV；E{·}为取均值操作。

[0037] 步骤四、利用步骤三得到的结果，分别计算HH极化图像、VH极化图像、VV极化图像的对比度改善因子，用符号γHH(φHH),γVH(φVH),γVV(φVV)表示；

[0038]

[0039] 步骤五、取最大的对比度改善因子所对应的相位误差估计值作为各极化图像的相位误差估计值，用符号φ表示。

[0040]

[0041] 经过上述步骤即可得到应用于多极化SAR的基于PGA算法的高精度相位误差估计值。

[0042] 图2(a)、图2(c)、图2(e)分别为利用传统PGA算法对HH极化图像、VV极化图像、VH极化图像进行相位误差补偿后得到的结果，从图中可以看出建筑物的轮廓模糊，屋顶上的强散射点出现明显的散焦；图2(b)、图2(d)、图2(f)分别为利用本发明方法对多极化SAR图像进行相位误差补偿后的结果。可以看出图2(b)、图2(d)和图2(f)分别与图2(a)、图2(c)和图2(e)相比，建筑物的聚焦效果有很大改善。其中，图2的6张图横向均为方位向，纵向均为距离向。

[0043] 综上所述，以上仅为本发明的一个具体实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。