一種背景電離層對(duì)geo sar成像影響分析方法及其驗(yàn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于本發(fā)明涉及一種背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響分析與驗(yàn)證方法，屬 于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 合成孔徑雷達(dá)（SAR)是一種全天候、全天時(shí)的高分辨率微波遙感成像雷達(dá)，可安 裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等飛行平臺(tái)上。自上世紀(jì)50年代發(fā)明以來，已經(jīng)在很多領(lǐng)域取得了越 來越廣泛的應(yīng)用，例如災(zāi)害控制、植被分析、微波遙感等領(lǐng)域。
[0003] 地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)（GEO SAR)是運(yùn)行在36000km高度地球同步橢圓軌道 上的SAR衛(wèi)星。相比于低軌SAR(LE0 SAR，軌道高度低于1000 Km)而言，GEO SAR具有成像 范圍大、重訪時(shí)間短、抗打擊與抗摧毀能力強(qiáng)等特點(diǎn)，目前已成為國(guó)內(nèi)外的研宄熱點(diǎn)。
[0004] 電離層效應(yīng)是GEO SAR研宄的一個(gè)重要方面。與傳統(tǒng)低軌SAR相比，由于GEOSAR的 超長(zhǎng)孔徑時(shí)間和大成像場(chǎng)景特性，使得傳統(tǒng)低軌SAR中的電離層時(shí)間空間凍結(jié)模型假設(shè)將 失效，必須重新考慮背景電離層對(duì)GEO SAR成像的影響。同時(shí)，由于沒有在軌運(yùn)行的GEOSAR 衛(wèi)星，使得GEOSAR電離層效應(yīng)驗(yàn)證變得非常困難，因此需要考慮GEOSAR電離層效應(yīng)驗(yàn)證方 法。這在現(xiàn)有研宄中均未有涉及。
[0005] 所以，提出一種背景電離層對(duì)GEO SAR成像影響分析與驗(yàn)證方法，對(duì)GEO SAR研宄 具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響分析方法，能夠通過 測(cè)得的TEC數(shù)據(jù)，判斷背景電離層對(duì)成像的距離向和方位向的影響。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0008] 步驟一，根據(jù)GEO SAR衛(wèi)星的彎曲軌跡特性，建立基于范數(shù)的彎曲軌跡斜距模型 r(ta) = IvHq1 · (ta)+q2 · (ta)2+q3 · (ta)3+ ·+..、·（ta)N，其中 r0為 GEO SAR 發(fā)射信號(hào)的中 心斜距，相對(duì)于慢時(shí)間的1至N階導(dǎo)數(shù)。
[0009] 步驟二、獲得背景電離層影響下的地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)GEO SAR回波信號(hào)， 提取信號(hào)中心頻率fo、帶寬B、合成孔徑時(shí)間Ta、以及方位向信號(hào)調(diào)頻率fd,，測(cè)量GEOSAR衛(wèi) 星傳播路徑上的電離層電子總含量TEC數(shù)據(jù)，并對(duì)TEC數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合獲得常數(shù)項(xiàng) Λ TEC(ta)、一次項(xiàng)系數(shù)Ii1、二次項(xiàng)系數(shù)1^2以及三次項(xiàng)系數(shù)k 3。
[0010] 步驟三，計(jì)算距離向二次相位誤差ΦΜη8?、距離向三次相位誤差ΦΜη_、方位向二 次相位誤差<Kzimuth2以及方位向二次相位誤差Φ azimuth3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響分析方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，根據(jù)GE0SAR衛(wèi)星的彎曲軌跡特性，建立基于范數(shù)的彎曲軌跡斜距模型r(tj =r〇+Qi? (ta)+q2?也)％3 ?aa)3+...+qN? (ta)N，其中r。為GEOSAR發(fā)射信號(hào)的中屯、斜距，Qi~qN為r(ta)相對(duì)于慢時(shí)間的1至N階導(dǎo)數(shù)； 步驟二、獲得背景電離層影響下的地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)GEOSAR回波信號(hào)，提 取信號(hào)中屯、頻率f。、帶寬B、合成孔徑時(shí)間T。、W及方位向信號(hào)調(diào)頻率fdt，測(cè)量GE0SAR衛(wèi) 星傳播路徑上的電離層電子總含量TEC數(shù)據(jù)，并對(duì)TEC數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合獲得常數(shù)項(xiàng) ATEC(tg)、一次項(xiàng)系數(shù)ki、二次項(xiàng)系數(shù)k2W及S次項(xiàng)系數(shù)k3; 步驟S，計(jì)算距離向二次相位誤差距離向S次相位誤差方位向二次相 位誤差<K,imuth2W及方位向S次相位誤差
其中，C為光速； 步驟四、當(dāng)距離向二次相位誤差4"",。2超過二次相位誤差闊值Ti，或距離向=次相位 誤差超過S次相位誤差闊值T2時(shí)，背景電離層對(duì)距離向聚焦效果產(chǎn)生影響；當(dāng)方位 向二次相位誤差4sdmuth2超過二次相位誤差闊值T1，或方位向立次相位誤差4sdmuth3超過立 次相位誤差闊值T2時(shí)，背景電離層對(duì)方位向聚焦造成影響。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種背景電離層對(duì)GE0SAR成像影響分析方法，其特征在于，所 述二次相位誤差闊值Ti為0. 78rads，所述S次相位誤差闊值T2為0. 39rads。
3. -種針對(duì)如權(quán)利要求1所述的背景電離層對(duì)GEOSAR成像影響分析方法的驗(yàn)證方 法，其特征在于，采用北斗IGS0衛(wèi)星等效替代GE0SAR衛(wèi)星，則該方法包括如下步驟： 步驟1、建立背景電離層影響下的GEOSAR回波信號(hào)；
其中，f。為信號(hào)載頻，ft為信號(hào)距離向頻率，kt是信號(hào)調(diào)頻率，At( ?)和Ag( ?)分別為 距離和方位包絡(luò)函數(shù)； 步驟2、測(cè)量獲得北斗IGS0衛(wèi)星傳播路徑上的TEC數(shù)據(jù)TEC(tg);將該TEC(tg)代入到 步驟1中的GEOSAR回波信號(hào)中；分別設(shè)置合成孔徑時(shí)間為300秒、500秒W及700秒，對(duì) 受電離層影響的GE0SAR回波信號(hào)進(jìn)行成像處理，若成像結(jié)果出現(xiàn)與所述權(quán)利要求1中的分 析結(jié)果相對(duì)應(yīng)的散焦現(xiàn)象，則該權(quán)利要求1中的分析方法有效，反之則無效。
4.如權(quán)利要求3所述的一種背景電離層對(duì)GE0SAR成像影響分析方法，其特征在于，所 述步驟2中，測(cè)量獲得北斗IGS0衛(wèi)星傳播路徑上的TEC數(shù)據(jù)TEC(tg)的過程具體為： 步驟201、獲取北斗IGS0衛(wèi)星電文數(shù)據(jù)，提取獲得8個(gè)電離層延遲改正參數(shù)和衛(wèi)星運(yùn)行 軌跡，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行軌跡計(jì)算出衛(wèi)星高度角E，結(jié)合地球半徑R和電離層高度h計(jì)算出用戶 和穿刺點(diǎn)地屯、張角ilM
步驟202、計(jì)算電離層穿刺點(diǎn)地理紳度（K和地理經(jīng)度入M; <!)"=arcsin(sinU?cosi]5 +COS?sini]5?cosA)
A為衛(wèi)星方位角，i])為用戶和穿刺點(diǎn)地屯、張角； 計(jì)算白天電離層延遲余弦曲線的幅度A2,及余弦曲線的周期A4:
根據(jù)電離層延遲余弦曲線的幅度A2及，余弦曲線的周期A4及電離層穿刺點(diǎn)的地方時(shí)t，計(jì)算北斗IGS0衛(wèi)星信號(hào)的電離層垂直延遲時(shí)間I' ,(t)
通過公式
將垂直電離層時(shí)延I' ,(t)轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳播 路徑上的電離層延遲lell(t); 計(jì)算出tg時(shí)刻GEOSAR信號(hào)傳播路徑上的TEC值；
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種背景電離層對(duì)GEO SAR成像影響分析方法，該方法首先根據(jù)GEO SAR衛(wèi)星的彎曲軌跡特性，建立基于范數(shù)的彎曲軌跡斜距c模型；然后獲得背景電離層影響下的GEO SAR回波信號(hào)，提取信號(hào)參數(shù)，測(cè)量GEO SAR衛(wèi)星傳播路徑上的TEC數(shù)據(jù)；計(jì)算并判斷距離向二次相位誤差是否超過閾值T1、或者距離向三次相位誤差是否超過閾值T2，若是，則背景電離層對(duì)距離向聚焦效果產(chǎn)生影響；計(jì)算并判斷方位向二次相位誤差是否超過閾值T1、或者方位向三次相位誤差是否超過閾值T2，若是，則背景電離層對(duì)方位向聚焦效果產(chǎn)生影響；本發(fā)明同時(shí)提出了針對(duì)上述方法的驗(yàn)證方法。該方法適用于對(duì)背景電離層影響下的GEO SAR成像質(zhì)量進(jìn)行分析。
【IPC分類】G01S7-40
【公開號(hào)】CN104793191
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510054853
【發(fā)明人】胡程, 曾濤, 田野, 龍騰
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日