[发明专利]一种基于全极化高轨SAR的电离层时变TEC测量方法

说明书

本发明公开了一种基于全极化高轨SAR的电离层时变TEC测量方法，包括步骤一：计算方位向合成孔径点数；步骤二：方位向数据补零；步骤三：方位向傅里叶变换；步骤四：方位向信号解压缩，获取等效方位向回波频谱信号；步骤五：方位向逆傅里叶变换；步骤六：估计法拉第旋转角；步骤七：获取合成孔径时间内的时变TEC；经过以上七个步骤，利用全极化高轨SAR信号完成了对合成孔径时间内的时变TEC精确测量。本发明具有时变TEC测量精度高的特点，由于采用法拉第旋转角模型与TEC反演模型，相对于传统测量方法，具有更高的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种基于全极化高轨合成孔径雷达(SAR)的电离层时变总电子量(TEC)测量方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

近年来，随着科技发展与社会进步，卫星通信、卫星导航和天基雷达系统已广泛应用于军事和民用的各个方面，并成为人类生活必不可少的工具，这使得包括电离层在内的空间环境监测和技术保障愈显重要和迫切。同时，BIOMASS、NISAR等卫星计划将对全球包括电离层在内的大气环境进行探测，该探测数据将为地球空间气象科学以及空间信息系统气象保障等方面提供重要帮助，具有极为重大科学意义和应用价值。

当前国内外针对电离层探测仍主要依靠传统电离层探测手段，即地面站垂测、基于GPS信号掩星反演等。但是，由于存在探测区域受地基站布设网络限制，需要搭载专门的电离层探测载荷等问题，导致无法实现全球电离层高精度测量。针对该问题，近年来国外学者提出了利用低频段SAR信号在电离层传播过程中会引入电离层效应误差，通过误差估计进而对电离层特征参数进行反演，实现电离层高精度探测。现有研究中，利用全极化SAR系统，可以通过估计电离层所引入的法拉第旋转角，根据法拉第旋转角与电离层TEC的映射关系，实现电离层空变TEC(单位为TECU)反演。然而，由于现有研究中所涉及的均为中低轨星载全极化SAR系统，卫星飞行速度较快且合成孔径时间较短，仅能针对不同照射地区的电离层TEC分布(即空变TEC)进行探测，而无法实现固定区域的时变TEC精确探测。

同时，目前针对高轨SAR的研究仅仅停留在电离层所引起的成像误差补偿上，多数均采用相位梯度自聚焦的处理方法估计电离层时变TEC所引起的误差相位。但由于该方法处理过程中不采用固定的误差模型，仅基于像素间相位梯度变化估计误差相位，从而完全丢失掉电离层时变TEC所引起的绝对相位误差，因此无法实现时变TEC精确探测。

发明内容

本发明的目的是为了解决利用星载SAR系统实现电离层时变TEC测量的瓶颈技术问题，提出一种基于全极化高轨SAR的电离层时变TEC测量方法，充分利用高轨SAR飞行速度较慢且具有较长合成孔径时间，对于同一地区可实现较长时间持续观测，以及采用全极化信号可精确估计法拉第旋转角的特点，实现基于全极化高轨SAR的电离层时变TEC测量新体制。该方法能够实现全球实时电离层时变TEC精确测量，获取毫秒级时变TEC测量结果，扩展了SAR在遥感科学与地球空间气象科学中的应用。

一种基于全极化高轨SAR的电离层时变TEC测量方法，包括以下几个步骤：

步骤一：计算方位向合成孔径点数；

根据雷达系统参数，计算方位向合成孔径点数Num_a；

步骤二：方位向数据补零；

根据步骤一所计算得到的方位向合成孔径点数Num_a，分别在每个极化通道图像数据每一列的头部和尾部补零，补零数目均为Num_a/2，得到新的四个极化通道图像数据分别为M_HH-ins、M_HV-ins、M_VH-ins、M_VV-ins；

步骤三：方位向傅里叶变换；