星載SAR信號的電離層傳播問題及基于星載SAR的電離層成像研究.pdf

1、星載合成孔徑雷達(Synthetic．Aperture Radar，SAR)是一種工作在微波波段的主動式遙感器，它通過脈沖壓縮和合成孔徑技術來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圖像，并且它具有不受日照和天氣條件的限制，能夠全天時、全天候地對地觀測的特點。星載SAR的飛行高度在電離層峰值電子密度對應的高度(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回波信號中攜帶了豐富的

2、電離層信息。一方面電離層的存在會引起SAR圖像分辨率的退化，另一方面，SAR回波信號中豐富的電離層信息為基于星載SAR的電離層檢測提供了可能性。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信號在電離層中傳播的基礎理論，在此基礎上，開展了如下研究： 第一，利用相位屏原理研究了適用于表征湍動電離層中星載SAR信號傳播特性的雙頻雙點互相關函數(shù)，進而全面系統(tǒng)地研究了電離層不規(guī)則體對星載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星載極化SAR的影響。 (1)對自然區(qū)域的SAR成像，總結了基于三散射分量的地物模型研究電離層對極化SAR回波影響的研究工作結果；(2)對具有人造目標等復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極化SAR圖像分辨率的影響，研究結果表明在某些情況下，在SAR的合成孔徑時

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，進而實現(xiàn)電離層TEC的估計。 第三，研究了分層和粗糙分層的電離層結構中信號的傳播及相應的電離層診斷、成像方法。(1)利用矢量波函數(shù)展開推廣了Jaggard提出的散射傳播網(wǎng)絡，研究了各向異性分層媒質(zhì)中信號的傳播和散射，進而研究了各向異性分層背景電離層結構引起的多次散射對回波信號幅度，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構模型并結合散射傳播網(wǎng)絡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回波信號的電離層CT成像理論和方法。一方面基于星載S