[發明專利]一種背景電離層對GEOSAR成像影響分析方法及其驗證方法

有效

• 申請號: 201510054853.8
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104793191B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 胡程;曾濤;田野;龍騰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,楊志兵

技術領域

本發明屬于本發明涉及一種背景電離層對GEOSAR成像影響分析與驗證方法，屬于合成孔徑雷達技術領域。

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，已經在很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具有成像范圍大、重訪時間短、抗打擊與抗摧毀能力強等特點，目前已成為國內外的研究熱點。

電離層效應是GEO SAR研究的一個重要方面。與傳統低軌SAR相比，由于GEOSAR的超長孔徑時間和大成像場景特性，使得傳統低軌SAR中的電離層時間空間凍結模型假設將失效，必須重新考慮背景電離層對GEO SAR成像的影響。同時，由于沒有在軌運行的GEOSAR衛星，使得GEOSAR電離層效應驗證變得非常困難，因此需要考慮GEOSAR電離層效應驗證方法。這在現有研究中均未有涉及。

所以，提出一種背景電離層對GEO SAR成像影響分析與驗證方法，對GEO SAR研究具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種背景電離層對GEOSAR成像影響分析方法，能夠通過測得的TEC數據，判斷背景電離層對成像的距離向和方位向的影響。

為了達到上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

步驟一，根據GEO SAR衛星的彎曲軌跡特性，建立基于范數的彎曲軌跡斜距模型r(t_a)＝r₀+q₁·(t_a)+q₂·(t_a)²+q₃·(t_a)³+·+…q_N·(t_a)^N，其中r₀為GEO SAR發射信號的中心斜距，q₁～q_N為r(t_a)相對于慢時間的1至N階導數。

步驟二、獲得背景電離層影響下的地球同步軌道合成孔徑雷達GEO SAR回波信號，提取信號中心頻率f₀、帶寬B、合成孔徑時間T_a、以及方位向信號調頻率f_dr，測量GEOSAR衛星傳播路徑上的電離層電子總含量TEC數據，并對TEC數據進行多項式擬合獲得常數項ΔTEC(t_a)、一次項系數k₁、二次項系數k₂以及三次項系數k₃。

步驟三，計算距離向二次相位誤差φ_range2、距離向三次相位誤差φ_range3、方位向二次相位誤差φ_azimuth2以及方位向三次相位誤差φ_azimuth3。

其中，c為光速。

步驟四、當距離向二次相位誤差φ_range2超過二次相位誤差閾值T₁，或距離向三次相位誤差φ_range3超過三次相位誤差閾值T₂時，背景電離層對距離向聚焦效果產生影響；當方位向二次相位誤差φ_azimuth2超過二次相位誤差閾值T₁，或方位向三次相位誤差φ_azimuth3超過三次相位誤差閾值T₂時，背景電離層將對方位向聚焦造成影響。

進一步地，二次相位誤差閾值T₁為0.78rads，三次相位誤差閾值T₂為0.39rads。

本發明同時提供了一種背景電離層對GEOSAR成像影響分析方法的驗證方法，結合北斗IGSO衛星和Klobuchar電離層模型，驗證了背景電離層對GEOSAR成像的影響。

為了達到上述目的，本發明采用北斗IGSO衛星等效替代GEO SAR衛星，包括如下步驟：

步驟1、建立背景電離層影響下的GEO SAR回波信號：