[發明專利]一種基于全極化高軌SAR的電離層時變TEC測量方法

有效

• 申請號: 201710742832.4
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107561534B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 陳杰;郭威;曾虹程;王鵬波;楊威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

本發明公開了一種基于全極化高軌SAR的電離層時變TEC測量方法，包括步驟一：計算方位向合成孔徑點數；步驟二：方位向數據補零；步驟三：方位向傅里葉變換；步驟四：方位向信號解壓縮，獲取等效方位向回波頻譜信號；步驟五：方位向逆傅里葉變換；步驟六：估計法拉第旋轉角；步驟七：獲取合成孔徑時間內的時變TEC；經過以上七個步驟，利用全極化高軌SAR信號完成了對合成孔徑時間內的時變TEC精確測量。本發明具有時變TEC測量精度高的特點，由于采用法拉第旋轉角模型與TEC反演模型，相對于傳統測量方法，具有更高的測量精度。

技術領域

本發明涉及一種基于全極化高軌合成孔徑雷達(SAR)的電離層時變總電子量(TEC)測量方法，屬于信號處理技術領域。

背景技術

近年來，隨著科技發展與社會進步，衛星通信、衛星導航和天基雷達系統已廣泛應用于軍事和民用的各個方面，并成為人類生活必不可少的工具，這使得包括電離層在內的空間環境監測和技術保障愈顯重要和迫切。同時，BIOMASS、NISAR等衛星計劃將對全球包括電離層在內的大氣環境進行探測，該探測數據將為地球空間氣象科學以及空間信息系統氣象保障等方面提供重要幫助，具有極為重大科學意義和應用價值。

當前國內外針對電離層探測仍主要依靠傳統電離層探測手段，即地面站垂測、基于GPS信號掩星反演等。但是，由于存在探測區域受地基站布設網絡限制，需要搭載專門的電離層探測載荷等問題，導致無法實現全球電離層高精度測量。針對該問題，近年來國外學者提出了利用低頻段SAR信號在電離層傳播過程中會引入電離層效應誤差，通過誤差估計進而對電離層特征參數進行反演，實現電離層高精度探測。現有研究中，利用全極化SAR系統，可以通過估計電離層所引入的法拉第旋轉角，根據法拉第旋轉角與電離層TEC的映射關系，實現電離層空變TEC(單位為TECU)反演。然而，由于現有研究中所涉及的均為中低軌星載全極化SAR系統，衛星飛行速度較快且合成孔徑時間較短，僅能針對不同照射地區的電離層TEC分布(即空變TEC)進行探測，而無法實現固定區域的時變TEC精確探測。

同時，目前針對高軌SAR的研究僅僅停留在電離層所引起的成像誤差補償上，多數均采用相位梯度自聚焦的處理方法估計電離層時變TEC所引起的誤差相位。但由于該方法處理過程中不采用固定的誤差模型，僅基于像素間相位梯度變化估計誤差相位，從而完全丟失掉電離層時變TEC所引起的絕對相位誤差，因此無法實現時變TEC精確探測。

發明內容

本發明的目的是為了解決利用星載SAR系統實現電離層時變TEC測量的瓶頸技術問題，提出一種基于全極化高軌SAR的電離層時變TEC測量方法，充分利用高軌SAR飛行速度較慢且具有較長合成孔徑時間，對于同一地區可實現較長時間持續觀測，以及采用全極化信號可精確估計法拉第旋轉角的特點，實現基于全極化高軌SAR的電離層時變TEC測量新體制。該方法能夠實現全球實時電離層時變TEC精確測量，獲取毫秒級時變TEC測量結果，擴展了SAR在遙感科學與地球空間氣象科學中的應用。

一種基于全極化高軌SAR的電離層時變TEC測量方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：計算方位向合成孔徑點數；

根據雷達系統參數，計算方位向合成孔徑點數Num_a；

步驟二：方位向數據補零；

根據步驟一所計算得到的方位向合成孔徑點數Num_a，分別在每個極化通道圖像數據每一列的頭部和尾部補零，補零數目均為Num_a/2，得到新的四個極化通道圖像數據分別為M_HH-ins、M_HV-ins、M_VH-ins、M_VV-ins；

步驟三：方位向傅里葉變換；