星載SAR信號(hào)的電離層傳播問(wèn)題及基于星載SAR的電離層成像研究.pdf

1、星載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic．Aperture Radar，SAR)是一種工作在微波波段的主動(dòng)式遙感器，它通過(guò)脈沖壓縮和合成孔徑技術(shù)來(lái)提高距離向和方位向的分辨能力，從而得到高分辨率的雷達(dá)圖像，并且它具有不受日照和天氣條件的限制，能夠全天時(shí)、全天候地對(duì)地觀測(cè)的特點(diǎn)。星載SAR的飛行高度在電離層峰值電子密度對(duì)應(yīng)的高度(典型值為300公里到400公罩)之上，為此SAR，尤其P、L、VHF/UHF等低頻波段的SAR回波信號(hào)中攜帶了豐富的

2、電離層信息。一方面電離層的存在會(huì)引起SAR圖像分辨率的退化，另一方面，SAR回波信號(hào)中豐富的電離層信息為基于星載SAR的電離層檢測(cè)提供了可能性。本文就這兩方面的內(nèi)容作了深入的研究。論文首先介紹了電離層的介質(zhì)特性和星載SAR信號(hào)在電離層中傳播的基礎(chǔ)理論，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展了如下研究： 第一，利用相位屏原理研究了適用于表征湍動(dòng)電離層中星載SAR信號(hào)傳播特性的雙頻雙點(diǎn)互相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而全面系統(tǒng)地研究了電離層不規(guī)則體對(duì)星載SAR圖像在距離

3、向和方位向分辨率的影響。 第二，研究了各向異性電離層對(duì)星載極化SAR的影響。 (1)對(duì)自然區(qū)域的SAR成像，總結(jié)了基于三散射分量的地物模型研究電離層對(duì)極化SAR回波影響的研究工作結(jié)果；(2)對(duì)具有人造目標(biāo)等復(fù)雜散射體的非自然區(qū)域，基于四散射分量的地物模型研究了電離層Faraday旋轉(zhuǎn)角對(duì)極化SAR回波的影響：(3)基于Gail模型研究了電離層水平不均勻性對(duì)極化SAR圖像分辨率的影響，研究結(jié)果表明在某些情況下，在SAR的合成孔徑時(shí)

4、間內(nèi)不能將電離層引起的Faraday旋轉(zhuǎn)角看作常數(shù)；(4)基于極化SAR回波數(shù)據(jù)研究了電離層Faraday旋轉(zhuǎn)角估計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電離層TEC的估計(jì)。 第三，研究了分層和粗糙分層的電離層結(jié)構(gòu)中信號(hào)的傳播及相應(yīng)的電離層診斷、成像方法。(1)利用矢量波函數(shù)展開(kāi)推廣了Jaggard提出的散射傳播網(wǎng)絡(luò)，研究了各向異性分層媒質(zhì)中信號(hào)的傳播和散射，進(jìn)而研究了各向異性分層背景電離層結(jié)構(gòu)引起的多次散射對(duì)回波信號(hào)幅度，相位以及極化旋轉(zhuǎn)角的影響；(2

5、)利用各向異性電離層中回波信號(hào)的Faraday旋轉(zhuǎn)角隨頻率的變化曲線特性，研究了單峰電子密度Chapman模型的電離層診斷方法；(3)提出了電離層的粗糙分層結(jié)構(gòu)模型并結(jié)合散射傳播網(wǎng)絡(luò)提出了有效快速的粗糙分層粗糙面散射的高效快速算法：(4)基于電離層的粗糙分層模型，利用粗糙面重建理論研究了基于高頻星載SAR信號(hào)的高水平方向分辨率的電離層成像理論和方法。 第四，研究了基于星載SAR回波信號(hào)的電離層CT成像理論和方法。一方面基于星載S