[發明專利]一種基于多子帶融合處理的電離層空變TEC測量方法

在審

• 申請號: 202210722315.1
• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115061137A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 郭威;高新成;李小平;沈方芳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/95
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種基于多子帶融合處理的電離層空變TEC測量方法，先進行距離向快速傅里葉變換，再計算距離向帶寬采樣點數，然后計算距離向頻譜子帶數據帶寬采樣點數，再沿距離向頻譜分割處理，計算各極化通道頻譜子帶數據矩陣；然后進行距離向快速逆傅里葉變換；再估計各子帶圖像所含法拉第旋轉角；最后獲取空變TEC測量結果；本發明利用長波長全極化星載SAR對電離層效應誤差敏感性高的特點，通過頻域多子帶法拉第旋轉角估計及融合處理，能夠實現全球范圍內電離層空變TEC精確測量，其測量精度優于0.003TECU，分辨率優于70m。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，具體涉及一種基于多子帶融合處理的電離層空變TEC測量方法。

背景技術

電離層是地球大氣的重要組成部分之一，其形成是日地空間環境各種因素綜合作用的結果，涉及太陽活動、微粒輻射、地磁場分布及高層大氣運動等因素。利用電離層的分布及變化信息可以用于太陽活動監測、地磁場漸變、氣候天氣預測等自然科學研究；同時，電離層作為一種介電常數隨機起伏的色散媒質，會嚴重影響電磁波的傳播，導致無線電信號發生畸變，進而影響包括衛星通信、衛星導航和星載雷達等在內的眾多空間信息系統的信息獲取質量。因此，實現電離層精細結構探測對空間科學研究、國民經濟發展等具有重要的科學意義和應用價值。

國內外現有電離層探測方法主要包括：借助電離層測高儀探測底層或頂層電離層電子密度分布結構；利用地基非相干散射雷達獲取電離層電子、離子密度和溫度等特征參數；通過衛星搭載朗繆爾探針等各類等離子體粒子濃度探測儀器來實現電離層電子、離子等粒子密度測量。然而，上述方法存在探測范圍受地基站布設限制、需搭載專業電離層探測載荷以及探測分辨率較低等劣勢。針對這些問題，近年來相關學者提出采用長波長星載SAR實現電離層高精度探測，利用雷達回波在電離層中傳輸所受到的電離層效應誤差反演實現全球電離層高精度、高分辨率探測。

現有針對長波長星載SAR實現電離層探測的研究(Guo W.,Chen J.,Liu W.,etal.Time-variant TEC estimation with fully polarimetric GEO-SAR data[J].Electronics Letters,2017,53(24).)中，利用全極化SAR系統信號受到的法拉第旋轉效應影響，可以通過估計四極化通道包含的法拉第旋轉角，并進一步利用該角度與電離層TEC(單位為TECU，1TECU＝10¹⁶el/m^-2)線性關系實現電離層TEC反演。然而，全極化SAR信號會受到熱噪聲以及極化定標誤差影響，現有研究僅利用載頻點處的時域信號進行TEC反演，通過采用較大的平滑窗進行平均處理降低各類誤差影響，降低了空變TEC的分辨率；特別對于快速空變TEC分布結構，采用傳統方法將嚴重影響TEC的探測精度與分辨率，無法實現空變TEC高精度、高分辨率探測。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供了一種基于多子帶融合處理的電離層空變TEC測量方法，利用長波長全極化星載SAR對電離層效應誤差敏感性高的特點，通過頻域多子帶法拉第旋轉角估計及融合處理，能夠實現全球范圍內電離層空變TEC精確測量，其測量精度優于0.003TECU，分辨率優于70m。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于多子帶融合處理的電離層空變TEC測量方法，包括以下步驟：

步驟一：距離向快速傅里葉變換；

針對全極化SAR獲取的四個極化通道圖像數據S_HH、S_HV、S_VH、S_VV，沿每個方位采樣時刻(按行)進行快速傅里葉變換(FFT)，得到距離向頻譜數據S_HH-F、S_HV-F、S_VH-F、S_VV-F；

步驟二：計算距離向帶寬采樣點數；