Geo sar的電離層閃爍相位的二維分布多相位屏生成方法
【專利摘要】本發明提供一種同步軌道合成孔徑雷達的二維分布多相位屏生成方法，該方法能夠通過功率譜反演和分步傅里葉變換，實現電離層閃爍二維隨機起伏相位的分布生成，解決了地球同步軌道合成孔徑雷達大場景成像仿真中電離層閃爍效應仿真的核心問題一一閃爍相位二維分布生成方法問題，實現了電離層閃爍對GEO?SAR大場景成像影響的仿真模擬，便于日后電離層閃爍效應的補償方法研究等問題。
【專利說明】GEO SAR的電離層閃爍相位的二維分布多相位屏生成方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于合成孔徑雷達研究領域和電離層閃爍研究領域，尤其涉及一種同步軌道合成孔徑雷達的二維分布多相位屏生成方法。
【背景技術】
[0002]合成孔徑雷達(SAR)是一種全天候、全天時的高分辨率微波遙感成像雷達，可安裝在飛機、衛星、導彈等飛行平臺上。自上世紀50年代發明以來，已經在許多領域取得了越來越廣泛的應用，例如災害控制、植被分析、微波遙感等領域。
[0003]地球同步軌道合成孔徑雷達(GEO SAR)是運行在36000km高度地球同步橢圓軌道上的SAR衛星。相比于低軌SAR(LEO SAR，軌道高度低于IOOOKm)而言，GEO SAR具有許多明顯的優越性，主要體現在測繪寬度長、監測覆蓋面積大，重訪周期較短，抗打擊與抗摧毀能力強等方面，目前已成為國內外的研究熱點。
[0004]電離層效應的研究是GEO SAR研究的一個重要方面。由于GEO SAR軌道較高、合成孔徑時間較長等因素，GEO SAR成像相對于LEO SAR而言受到電離層的影響的更為嚴重。但是，目前對于GEO SAR的研究主要考慮的是GEO SAR本身系統參數設計和分析、成像機理機制研究、成像處理算法和星偏航控制等方面，電離層對于GEO SAR系統的影響受到了較少的關注，因此電離層對GEO SAR系統影響的建模是一個亟待解決的問題。事實上，電離層對GEO SAR的影響又分為背景電離層和電離層閃爍兩種影響，電離層閃爍由于其隨機起伏性和產生機理不確定性使得其成為GEO SAR研究中的一個難點。目前對電離層閃爍的研究較多使用的是多相位屏方法，但是在GEO SAR領域這種方法存在兩點不足:一是目前的多相位屏方法多使用于LEO SAR系統，對于GEO SAR系統方面缺乏相應的應用；二是目前的多相位屏方法多數涉及是一維相位生成并且許多文獻資料都具有詳細的生成方法敘述，即合成孔徑雷達成像過程中相位起伏分布是一維空間分布，缺少相對成熟二維相位空間分布生成方法。而事實上，合成孔徑雷達成像過程中的空間場景分布往往涉及多點目標，原有的一維閃爍相位分布假設不具適用性，因此二維電離層閃爍相位屏的生成方法成為一個亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明一種同步軌道合成孔徑雷達的二維分布多相位屏生成方法，能夠通過功率譜反演和分步傅里葉變換，實現電離層閃爍二維隨機起伏相位的分布生成。
[0006]本發明的GEO SAR的電離層閃爍相位的二維分布多相位屏生成方法包括以下步驟:
[0007]步驟1，根據電離層分布情況構造電子密度起伏功率譜，利用所述電子密度起伏功率譜獲得電離層閃爍相位的功率譜；
[0008]步驟2，根據所述步驟I獲得的電離層閃爍相位的功率譜，利用式(3)獲得不同高度電離層的單個相位屏隨機相位分布:
[0009]u(x, y, zn)=u(x, y, Zn^1) exp [j 4>n_ljn(x, y) ](3)
[0010]其中，y)=exp [ x (x, y)-jS(x, y) ], zn 和 Zlri 分別表示 GEO SAR 信號傳播所達到的高度，相位屏被認為是一層較薄的隨機介質，處于Z=(Zn-JZn) / 2的位置；j 4)n_1；n(x)是一個復數相位,包含復數相位的相位起伏S(x, y)和幅度起伏X (X, y), X和y代表成像場景中電離層的二維空間分布；
[0011]步驟3，根據步驟2獲得的單個相位屏隨機相位分布將電離層電子密度起伏功率譜與電離層多相位屏隨機起伏相位的功率譜的關系用式(5)和式(6)表示；
【權利要求】
1.一種GEO SAR的電離層閃爍相位的維分布多相位屏生成方法，其特征在于，包括:步驟I，根據電離層分布情況構造電子密度起伏功率譜，利用所述電子密度起伙功率譜獲得電離層閃爍相位的功率譜； 步驟2，將整個電離層等效為用一系列數值產生的隨即相屏，同步軌道合成孔徑雷達信號每通過一個相屏，增加一個隨機相位，由此根據所述電離層閃爍相位的功率譜利用式(3)獲得不同高度電離層的單個相位屏隨機相位分布:
u(x, y, zn) =u (x, y, Zlri) exp [j 4>n_ljn(x, y) ](3) 其中，jy) =exp [ x (x, y) _jS (x, y) ], zn 和 Zlri 分別表示 GEO SAR 信號傳播所達到的高度，相位屏被認為是一層較薄的隨機介質，處于Z=(Zn-JZn) / 2的位置是一個復數相位，包含復數相位的相位起伏S (x,y)和幅度起伏X (x,y), X和y代表成像場景中電離層的二維空間分布； 步驟3，所述同步軌道合成孔徑雷達信號在步驟2獲得的單個相位屏之間進行真空傳播，根據單個相位屏的幅度和相位偏差將電離層電子密度起伏功率譜與電離層多相位屏隨機起伏相位的功率譜的關系用式(5)和式(6)表示；
【文檔編號】G01S7/38GK103616683SQ201310519652
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】曾濤, 胡程, 朱俊杰, 李延, 龍騰, 丁澤剛 申請人:北京理工大學, 北京空間飛行器總體設計部