[發明專利]一種實測數據驅動的電離層法拉第旋轉效應估計方法

有效

• 申請號: 202111380985.1
• 申請日: 2021-11-20
• 公開（公告）號: CN114065531B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 歐明;熊雯;甄衛民;許娜;陳龍江;吳家燕;王妍;陳麗;陳亮;馮健;於曉;劉鈍
• 申請（專利權）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 青島博雅知識產權代理事務所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

本發明公開了一種實測數據驅動的電離層法拉第旋轉效應估計方法，包括如下步驟：步驟A，輸入無線電信號的發射點位置和接收點位置，計算信號的傳播路徑：步驟B，利用全球電離層TEC地圖分布，插值得到信號傳播路徑上的垂直總電子含量TEC：步驟C，利用信號傳播路徑上的實測TEC數據驅動電離層模型，計算傳播路徑上的電子密度：步驟D，利用國際參考地磁場模型IGRF，計算傳播路徑上的地磁場強度：步驟E，利用復合辛普森數值積分法，計算電離層法拉第旋轉角。本發明所公開的估計方法，有效提升了電離層三維電子密度的精度，可用于修正電離層法拉第旋轉效應對電波信號的影響，從而為遠程預警雷達、星載SAR、射電望遠鏡等應用提供電波環境保障支撐。

技術領域

本發明屬于電波環境信息保障領域，特別涉及該領域中的一種實測數據驅動的電離層法拉第旋轉效應估計方法。

背景技術

電離層作為日地空間環境的重要組成部分，會對穿越其中的無線電波產生折射、反射、法拉第旋轉(Faraday Rotation)等效應，從而影響衛星導航、通信、雷達等諸多無線電信息系統的性能。法拉第效應即線極化電波穿過電磁場時，極化面相對入射角會產生偏轉，偏轉的角度即為法拉第旋轉角。

對于遠程預警雷達而言，在對近地空間目標進行預警跟蹤時，雷達發射的電磁波會在電離層中傳播，電離層作為磁化等離子體，會導致電磁波產生法拉第旋轉，從而對雷達探測性能造成影響；對于合成孔徑雷達(SAR)而言，L波段星載SAR在太陽活動高峰年，法拉第旋轉角將超過100°，而單程5°的法拉第旋轉角就會明顯影響地面特性的重構；對于P波段星載SAR成像，實測的偏振數據無法直接應用于地表的分類；對于巨型射電望遠鏡和現代孔徑陣列射電望遠鏡而言，高精度測量法拉第旋轉隨時間的變化是獲取脈沖星發射的極化模式和銀河星際介質磁場變化的基礎。

現有的電離層法拉第旋轉效應通常利用經驗電離層模型進行估計，電離層電子密度與實際變化相差較大，且在使用磁場強度時，采用了簡化方法獲取某特定高度的近似磁場強度，這會導致較大的旋轉角估計誤差，影響法拉第旋轉的校正精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種實測數據驅動的電離層法拉第旋轉效應估計方法。

本發明采用如下技術方案：

一種實測數據驅動的電離層法拉第旋轉效應估計方法，其改進之處在于，包括如下步驟：

步驟A，輸入無線電信號的發射點位置和接收點位置，計算信號的傳播路徑：

步驟A1，將發射點位置和接收點位置的緯度、經度和高度坐標轉換為空間直角坐標，分別標記為(X₀,Y₀,Z₀)和(X₁,Y₁,Z₁)，轉換表達式為：

其中R_e為地球半徑，e²＝0.00669437999013；

步驟A2，將信號發射點位置和接收點位置轉換為站心直角坐標(N,E,U)，轉換表達式為：

T為旋轉矩陣，計算方法如下：

分別表示發射點的經度和緯度坐標；

步驟A3，計算發射點和接收點間的仰角E，計算表達式為：

步驟A4，計算發射點和接收點間的方位角A，計算表達式為：

步驟A5，計算發射點和接收點間電波傳播路徑上，高度為h處網格點的經緯度坐標計算公式如下：