[發明專利]GEOSAR的電離層閃爍相位的二維分布多相位屏生成方法

有效

• 申請號: 201310519652.1
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103616683B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 胡程;曾濤;朱俊杰;李延;龍騰;丁澤剛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/38
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,付雷杰

技術領域

本發明屬于合成孔徑雷達研究領域和電離層閃爍研究領域，尤其涉及一種同步軌道合成孔徑雷達的二維分布多相位屏生成方法。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)是一種全天候、全天時的高分辨率微波遙感成像雷達，可安裝在飛機、衛星、導彈等飛行平臺上。自上世紀50年代發明以來，已經在許多領域取得了越來越廣泛的應用，例如災害控制、植被分析、微波遙感等領域。

地球同步軌道合成孔徑雷達(GEO SAR)是運行在36000km高度地球同步橢圓軌道上的SAR衛星。相比于低軌SAR(LEO SAR，軌道高度低于1000Km)而言，GEO SAR具有許多明顯的優越性，主要體現在測繪寬度長、監測覆蓋面積大，重訪周期較短，抗打擊與抗摧毀能力強等方面，目前已成為國內外的研究熱點。

電離層效應的研究是GEO SAR研究的一個重要方面。由于GEO SAR軌道較高、合成孔徑時間較長等因素，GEO SAR成像相對于LEO SAR而言受到電離層的影響的更為嚴重。但是，目前對于GEO SAR的研究主要考慮的是GEO SAR本身系統參數設計和分析、成像機理機制研究、成像處理算法和衛星偏航控制等方面，電離層對于GEO SAR系統的影響受到了較少的關注，因此電離層對GEO SAR系統影響的建模是一個亟待解決的問題。事實上，電離層對GEO SAR的影響又分為背景電離層和電離層閃爍兩種影響，電離層閃爍由于其隨機起伏性和產生機理不確定性使得其成為GEO SAR研究中的一個難點。目前對電離層閃爍的研究較多使用的是多相位屏方法，但是在GEO SAR領域這種方法存在兩點不足：一是目前的多相位屏方法多使用于LEO SAR系統，對于GEO SAR系統方面缺乏相應的應用；二是目前的多相位屏方法多數涉及是一維相位生成并且許多文獻資料都具有詳細的生成方法敘述，即合成孔徑雷達成像過程中相位起伏分布是一維空間分布，缺少相對成熟二維相位空間分布生成方法。而事實上，合成孔徑雷達成像過程中的空間場景分布往往涉及多點目標，原有的一維閃爍相位分布假設不具適用性，因此二維電離層閃爍相位屏的生成方法成為一個亟待解決的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明一種同步軌道合成孔徑雷達的二維分布多相位屏生成方法，能夠通過功率譜反演和分步傅里葉變換，實現電離層閃爍二維隨機起伏相位的分布生成。

本發明的GEO SAR的電離層閃爍相位的二維分布多相位屏生成方法包括以下步驟：

步驟1，根據電離層分布情況構造電子密度起伏功率譜，利用所述電子密度起伏功率譜獲得電離層閃爍相位的功率譜；

步驟2，根據所述步驟1獲得的電離層閃爍相位的功率譜，利用式(3)獲得不同高度電離層的單個相位屏隨機相位分布：

u(x,y,z_n)＝u(x,y,z_n-1)exp[jφ_n-1,n(x,y)](3)

其中，jφ_n-1,n(x,y)＝exp[χ(x,y)-jS(x,y)]，z_n和z_n-1分別表示GEO SAR信號傳播所達到的高度，相位屏被認為是一層較薄的隨機介質，處于z＝(z_n-1+z_n)/2的位置；jφ_n-1,n(x)是一個復數相位，包含復數相位的相位起伏S(x,y)和幅度起伏χ(x,y)，x和y代表成像場景中電離層的二維空間分布；

步驟3，根據步驟2獲得的單個相位屏隨機相位分布將電離層電子密度起伏功率譜與電離層多相位屏隨機起伏相位的功率譜的關系用式(5)和式(6)表示；

其中，κ是二維空間波數分布，其滿足的關系。高度處于z＝(z_n-1+z_n)/2的仿真相屏的幅度和相位偏差可利用傅里葉變換方法來數值產生，設每個相屏的水平尺寸是L_M×L_N，并且分成M×N等份。則根據幅度和相位起伏功率譜Φ_χ(κ_x,κ_y)和Φ_S(κ_x,κ_y)在n-1和n層之間取值和得到在點(x＝i·Δx,y＝j·Δy)處隨機幅度和相位起伏的描述為：