P波段星載SAR電離層傳播效應校正方法研究

《P波段星載SAR電離層傳播效應校正方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由張永勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：P波段星載SAR電離層傳播效應校正方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張永勝
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

P波段星載合成孔徑雷達（SAR）同時具有P波段的強穿透能力和星載SAR的全天候、全天時、寬覆蓋等優點，在隱蔽目標偵查、森林生物監測、海底地形測繪等方面具有廣闊的套用前景。電離層傳播效應使得星載SAR解析度降低、圖像位置平移以及極化特性改變，成為P波段星載SAR發展的關鍵瓶頸問題。針對此瓶頸問題，本課題由電離層介質特性出發，緊密結合隨機介質中的電波傳播理論、星載SAR回波模型及信號處理方法，對P波段星載SAR電離層傳播效應建模方法以及電離層色散、閃爍、法拉第旋轉效應校正方法等基礎理論問題展開深入研究，試圖突破電離層效應影響這一技術難點，提出高精度電離層效應校正新方法，為P波段星載SAR系統早日實現奠定理論基礎。

結題摘要

星載合成孔徑雷達可全天時、全天候獲取大範圍、高分辨圖像，在軍事偵察和經濟建設中有著重要的套用價值。星載P波段SAR兼具P波段SAR穿透能力強、對生物量敏感的特點和星載SAR大範圍觀測的優勢。然而，星載P波段SAR受到電離層色散、閃爍、法拉第旋轉等傳播效應的嚴重影響，成為系統發展的瓶頸之一。本項目針對“電離層傳播效應建模仿真”、“電離層效應影響分析”以及“電離層效應校正”等三個方面開展了深入研究。首先，研究了基於電離層多相位屏理論的星載SAR信號建模與仿真。針對當前普遍採用的單相位屏理論只適用於弱閃爍情況的局限性，將多相位屏理論套用於星載SAR電離層效應模擬中，解決了星載SAR電離層強閃爍效應模擬問題。針對星載SAR信號的斜入射傳播幾何，通過求解拋物方程，得到了電磁波斜入射情況下的衍射結果，並將其擴展到了球面波情形。其次，分析了電離層效應對星載SAR系統的影響。提出了利用電離層非線性相位誤差大小判斷色散效應對SAR距離壓縮性能影響的方法；利用電離層不規則體的Rino譜推導了星載SAR模糊函式的二階矩，分析了閃爍效應影響下的SAR方位壓縮性能與電離層不規則體之間的關係，數值仿真驗證了分析結果的正確性；給出了極化色散效應下星載SAR的極化回響函式矩陣，分析了電離層FR效應的色散特性及其對星載極化SAR系統成像性能的影響。最後，研究了星載P波段SAR中電離層效應的校正方法。提出了基於譜分割的電離層路徑電子總量估計方法以校正色散效應，可以實現SAR數據電離層色散效應的自校正；提出了最小熵的自聚焦方法和自孔徑+相干合成的方法來校正電離層閃爍效應；提出了一種基於極化協方差矩陣的法拉第旋轉角估計新方法，與現有方法相比，新方法在系統相位不平衡影響具有更小的均方根誤差，且誤差大小几乎與法拉第旋轉角真值無關。仿真實驗及PALSAR實測數據處理驗證了上述校正方法的有效性。