一種利用sar衛(wèi)星測量電離層tec值的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法。星載SAR發(fā)射脈沖信號穿越電離層后，其相位中包含傳播路徑上完整的電離層TEC信息。該方法從具有一定帶寬的SAR信號中選取若干子頻帶，以提供相位解模糊所需的自由度。通過優(yōu)化設(shè)計子頻帶參數(shù)等技術(shù)手段，在兼顧TEC值估計精度的同時，消除了電磁波傳播距離相位對相位解模糊處理的影響。最后構(gòu)建相位解模糊方程，最終實現(xiàn)對電離層TEC值的高精度估計。利用所估計的電離層TEC值對星載SAR回波相位進(jìn)行補償，能夠有效提高星載SAR成像質(zhì)量以及干涉測量精度。
【專利說明】—種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量電離層TEC值的方法，尤其涉及一種利用SAR衛(wèi)星實現(xiàn)高精度測量電離層TEC值的方法，屬于地球同步軌道SAR系統(tǒng)研制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]星載SAR發(fā)射及接收電磁波在穿越電離層后，會發(fā)生群延時、相位漂移、色散及法拉第極化旋轉(zhuǎn)等傳播效應(yīng)，從而對低頻段的SAR成像質(zhì)量造成影響，對于地球同步軌道SAR(GEO SAR)由于其合成孔徑時間長，電離層的時空變化對GEO SAR成像造成的影響愈加嚴(yán)重。目前國內(nèi)外多家研究結(jié)構(gòu)(如美國NASA JPL、英國Cranfield大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院、中科院電子所、北京理工大學(xué))開展了 GEO SAR的相關(guān)研究。受美國NASA資助開展GEO SAR研究的美國噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)指出:精確了解大氣擾動對SAR信號的影響是得到有意義結(jié)論的關(guān)鍵問題。英國克蘭菲爾德(Cranfield)大學(xué)開展了無源雙基GEO SAR系統(tǒng)研究，并指出大氣的影響對GEO SAR成像至關(guān)重要。
[0003]目前國內(nèi)外針對電離層對GEO SAR影響校正的主要方法包括:基于方位向處理的相位梯度自聚焦(PGA)方法、加權(quán)最小二乘方法及最小熵方法等；基于距離向處理的自適應(yīng)匹配濾波方法及距離多視處理方法；利用現(xiàn)有測量手段對電離層TEC值進(jìn)行實時測量的方法等。對于方位向處理的PGA方法能夠補償電離層變化對方位聚焦的影響，但是其一方面需要在圖像中存在一個孤立的特顯點，另一方面該方法只能估計電離層隨時間變化的高次項，無法估計電離層TEC值變化的常數(shù)項和一次項，因此即使實現(xiàn)圖像的方位聚焦，但是對于圖像的定位誤差及后續(xù)干涉測量誤差仍無法解決。與PGA方法類似，對于加權(quán)最小二乘方法和最小熵方法在一定程度上能夠補償方位向散焦問題，但是均難以精確估計TEC值，從而無法進(jìn)行精確的相位補償。同時由于SAR發(fā)射信號的帶寬通常與其載波頻率相比相對較小，針對距離向的自適應(yīng)匹配濾波方法估計電離層TEC值的精度很低，難以滿足高成像質(zhì)量的要求。對于距離多視方法，其通過將頻譜分割成兩部分，分別成像后估計二者之間的時延差，進(jìn)而估計電離層TEC值，該方法同樣受到SAR信號帶寬的限制，時延差估計精度較低(以載波頻率為1GHz，帶寬為40M為例，ITE⑶引起的時延差只有10,秒的量級)，因此難以精確地估計電離層TEC值的大小。由于電離層對電磁波傳播的影響一方面與空間電子密度及其分布有關(guān)，另一方面與電磁波的傳播路徑有關(guān)。而SAR所發(fā)射與接收的脈沖信號隨時間與空間是不斷變化的，針對電離層的測量很難保證與SAR發(fā)射接收信號的路徑和時間相同，因此測量的TEC值存在一定的偏差，從而不能精確補償電離層對SAR成像質(zhì)量的影響。
[0004]目前國內(nèi)外對于GEO SAR的研究均剛剛起步，而克服電離層對于GEO SAR成像的影響是GEO SAR研究最為關(guān)鍵且必須解決的問題之一。該問題已成為目前國內(nèi)外SAR領(lǐng)域研究的熱點問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法，利用星載SAR自身信號攜帶完整電離層信息的特點，提取多個所選子頻帶的相位信息，通過多頻解模糊等技術(shù)手段估計電離層TEC值，從而補償電離層對星載SAR成像及干涉測量的影響，提高成像質(zhì)量及干涉測量精度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法，包括如下步驟:
[0007](I)在地面布置SAR信號接收機用于接收SAR衛(wèi)星發(fā)射的脈沖信號；
[0008](2)從步驟(1)接收到的SAR衛(wèi)星脈沖信號中選取三個子頻帶信號，分別為子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3，子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3三個子頻帶信號的載波頻率分別為fl? f2，f3?三個子頻帶的載波頻率滿足且Δ f ；
[0009](3)將步驟(2)選取的三個子頻帶信號的頻譜分別進(jìn)行搬移，使其頻譜中心頻率均位于零頻，然后分別利用匹配濾波對三個子頻帶信號進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到三個子頻帶信號峰值點處的相位Φη(η=1，2，3)；
[0010](4)根據(jù)步驟(3)得到的三個子頻帶信號峰值點處的相位Φη(η=1，2，3)計算子頻帶I與子頻帶2信號峰值點的干涉相位，計算公式為C^angleliexpUC^) Xexp(_jC>2)];計算子頻帶2與子頻帶3信號峰值點的干涉相位，計算公式為C>23=angle [exp (jC>2) Xexp (_jC>3)];其中定義
angle [exp (j ( a +2k π )) ] = α，a e [-Ji , π ], k 為整數(shù)，j = ;
[0011](5)利用步驟(4)獲得的干涉相位Φ12和φ23求解電離層TEC值，計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)在地面布置SAR信號接收機用于接收SAR衛(wèi)星發(fā)射的脈沖信號； (2)從步驟(1)接收到的SAR衛(wèi)星脈沖信號中選取三個子頻帶信號，分別為子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3，子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3三個子頻帶信號的載波頻率分別為f\，f2, f3,三個子頻帶的載波頻率滿足^f2Sf1,且
2.一種利用SAR衛(wèi)星測量電離層TEC值的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)在地面布置SAR信號接收機用于接收SAR衛(wèi)星發(fā)射的脈沖信號； (2)從步驟(1)接收到的SAR衛(wèi)星脈沖信號中選取三個子頻帶信號，分別為子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3，子頻帶1、子頻帶2與子頻帶3三個子頻帶信號的載波頻率分別為f\，f2, f3，三個子頻帶的載波頻率滿足Qf2Y1, f2-fi幸f3-f2 ； (3)將步驟(2)選取的三個子頻帶信號的頻譜分別進(jìn)行搬移，使其頻譜中心頻率均位于零頻，然后分別利用匹配濾波對三個子頻帶信號進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到三個子頻帶信號峰值點處的相位Φη(η=1，2，3)； (4)利用相關(guān)星歷信息獲取電磁波真實傳播距離R的粗估計值及，利用及分別對步驟(3)獲得的三個子頻帶信號峰值點的相位Φη(η=1，2，3)進(jìn)行補償，可得到補償后三個子頻帶信號的相位:
【文檔編號】G01S13/90GK103792535SQ201410022829
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王偉偉, 王旭艷, 黎薇萍, 李財品, 李光廷, 朱雅琳, 趙泓懿, 劉波 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所
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