P波段星载SAR取得电离层关键技术新进展

Extended scintillation phase gradient autofocus in future spaceborne P-band SAR mission

Yifei JI, Zhen DONG, Yongsheng ZHANG, et al.

Sci China Inf Sci, 2021, 64(11): 212303

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P波段星载合成孔径雷达(SAR)在隐蔽目标探测、生物量反演以及全球碳-水循环监测等方面具有巨大优势，成为近年来星载SAR发展的重要方向之一。然而，随着工作频率的降低，电离层效应显著加剧，对P波段星载SAR图像质量及其后续应用造成不可忽略的影响。特别地，电离层闪烁效应——闪烁相位误差(SPE)会造成严重的方位去相关，从而导致P波段星载SAR方位向散焦。

当前主要通过自聚焦算法实现电离层闪烁效应校正，然而现有文献大多是在误差空不变假设下开展的研究，鲜有考虑电离层误差的二维空变特征。即，沿着方位向分布的不同目标所经历SPE具有错开、重叠特征，沿着距离向分布的不同目标所经历SPE具有缓变、强相关特征。

针对该问题，本文提出了一种扩展的闪烁相位梯度自聚焦(ESPGA)方法，分为局部估计、全局估计以及全局补偿三大处理模块。

 局部估计：对大场景作分块PGA(BPGA)处理。在块内根据选择强点的方位向坐标进行聚类，使最终选择的强点具有相近的方位向坐标，意味着强点对应的SPE具有强相关性，从而满足PGA相干叠加条件。

 全局估计：利用方位向相邻子块场景对应SPE相互错开、重叠的特征，估计相邻两个SPE错开的点数，沿着方位向进行拼接，进而沿着距离向进行插值。

 全局补偿：针对SPE二维空变特征，采用逐距离线相位补偿方法，既保证了补偿精度，又提高了处理效率。

本文提出的ESPGA，解决了SPE二维空变的关键技术难题，实现了星载P波段SAR大场景图像的电离层闪烁效应校正，有效抑制了闪烁效应导致的方位向散焦，显著提高了P波段SAR方位向成像质量与相干性。相关研究成果能够为未来P波段SAR系统研制及成像处理提供理论与技术支撑。

图 1. 闪烁相位误差二维空变仿真结果

图 2. ESPGA处理流程图

图 3. 电离层闪烁效应校正前后的P波段SAR图像（20km*20km场景）

主要作者简介

张永胜，国防科技大学电子科学学院智能感知系主任。主要从事智能感知与处理、新体制雷达系统与信号处理、星载SAR电离层传播效应等研究工作。

计一飞，国防科技大学电子科学学院讲师。主要从事星载SAR成像处理、电离层效应等研究工作。

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