[發明專利]基于星載合成孔徑雷達的電離層定標方法及系統

在審

• 申請號: 201810572836.7
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108931761A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 李亮;丁赤飚;洪峻;明峰;周良將
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種基于星載合成孔徑雷達的電離層定標方法及系統，該方法包括：利用星載合成孔徑雷達同時發射雙頻線性調頻信號來對同一目標進行成像，并接收雙頻回波信號；對該雙頻回波信號分別進行距離向脈沖壓縮，獲取雙頻回波信號的脈壓峰值位置；根據雙頻回波信號的脈壓峰值位置確定雙頻信號距離像偏移差；根據雙頻信號距離像偏移差和電離層TEC的關系求得電離層TEC。進一步提供了用于實現上述方法的電離層標定系統。本發明采用SAR全頻帶回波信號，建立了雙頻回波信號距離像偏移差與電離層TEC之間的數學模型，提高了電離層TEC測量精度。

技術領域

本發明涉及電離層測量技術領域，尤其涉及一種基于星載合成孔徑雷達的電離層定標方法及系統。

背景技術

電離層是地球大氣層中處于部分電離狀態的區域，從離地面約50km開始一直延伸到約1000km，對穿過其中的電磁波信號產生附加延時，導致信號產生幅度和相位畸變。對于導航系統，將影響導航精度，對于星載合成孔徑雷達(SAR)系統，將導致SAR圖像質量變差，信號頻率越低，受電離層影響越嚴重。一般而言，工作在頻率在2GHz系統(如L波段的TanDEM系統和P波段的BIOMASS系統以及北斗導航系統等)都需要對電離層進行定標和補償。

針對星載SAR系統受電離層影響，人們開始關注如何校正和補償電離層影響，一方面基于電離層特征對電離層TEC(電離層離子濃度總含量)進行測量，進而實現電離層影響校正，另一方面，人們基于星載SAR回波信號實現電離層TEC估計，進而實現電離層影響補償?；陔婋x層特征對電離層TEC進行測量一般情況下依賴于電離層觀測站網(如GPS系統、北斗系統、子午工程系統等)，其服務的對象主要是空間電波監測以及衛星導航，利用該方法獲得電離層TEC對星載SAR影響進行校正，其時效性和精度難以滿足星載SAR電離層校正需求。基于星載SAR回波信號實現電離層TEC估計利用電離層TEC對SAR回波信號影響的數學模型，通過對回波信號進行數據處理實現電離層TEC估計，利用該方法估計的電離層TEC對于SAR信號處理基本具有實時性且為SAR傳播路徑電離層TEC，精度更高、可控性更強，比較符合電離層定標需求。

電離層具有色散效應，線性調頻信號中不同的頻率信號受電離層影響不同，導致線性調頻信號脈沖寬度發生變化，脈沖寬度變化量ΔT和電離層TEC之間的線性對應關系為：

其中，f_c為線性調頻信號中心頻率，B_r為信號帶寬。

因此，可以通過比較雷達發射信號初始時間寬度和回波信號的時間寬度，得到ΔT估計值，從而反演出電離層TEC。

但是，基于發射信號和接收回波信號脈沖時間寬度比較的星載SAR電離層定標方案存在以下缺點：

1)必須要求SAR成像區域具有強點目標，否則很難精確獲得接收信號的脈沖寬度。

2)線性調頻信號脈沖包絡不可能是理想的矩形包絡，必然存在上升沿和下降沿，必將導致脈沖寬度測量誤差。

3)脈沖信號寬度的測量受信號采樣率限制，采樣率越高，脈沖寬度測量精度越高，相應的TEC估計精度也越高，但是，受硬件以及數據存儲量的限制，數據采樣率不可能很高。

4)脈沖寬度受噪聲影響導致測量誤差，即便基于強點目標進行測量，強點目標周圍的其他點目標和背景也將影響線性調頻信號的脈沖寬度，進而導致脈沖寬度測量誤差。

綜上，基于發射信號和接收回波信號脈沖時間寬度變化的星載SAR電離層定標對星載SAR雷達性能要求很高，對成像區域點目標要求也很高且誤差源較多。

另外，基于同一線性調頻信號上下邊帶子距離像偏移也可實現電離層TEC估計，但是基于子距離像偏移差的星載SAR電離層定標方法存在的缺點是每個子距離像最大只能利用50％帶寬，降低了子距離像分辨率，相對于全帶寬圖像而言降低了脈壓位置求解精度，進而影響電離層TEC估計精度，測量精度受限。