[发明专利]一种基于星载SAR回波的电离层总电子含量反演非迭代方法

说明书

一种基于星载SAR回波的电离层总电子含量反演非迭代方法，基于Radon变换原理，通过选取部分参考角度，分别对受到电离层影响的初始回波信号进行Radon变换，进而计算信号调频率变化量并根据变化量对电离层总电子含量TEC值进行反推。本发明提供的方法克服了现有迭代计算方法搜索步长较大，估计精度差的问题，能够在通过保证实时性、计算精度的情况下，准确计算出电离层总电子含量TEC值。

技术领域

本发明涉及一种基于星载SAR回波的电离层总电子含量反演非迭代方法，属于雷达探测领域。

背景技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候高分辨率主动成像雷达，经过几十年的发展，利用其进行地形测绘、战场侦察、抢险救灾、环境监测、资源探测等军用和民用方面的工作取得了一系列重大进展。然而，由于星载SAR系统的运行轨道高度在电离层之上或者其中，其发射的极化信号不可避免会受到电离层影响，即回波回波相位会受到电离层的影响。并且当工作频率越低(主要是L波段或以下频段)、电离层活动越剧烈时，所受到的电离层影响越严重，从而制约了星载SAR系统的工作性能。

但从另一方面看，由于回波中携带有丰富的电离层信息，可为基于星载SAR的电离层探测提供了可能性。当前利用星载SAR回波进行电离层反演的算法，均是基于迭代搜索的思想：雷达发射具有一定带宽B，持续时间T_a的线性调频信号，由于电离层色散特性，其带宽内频点的回波时延不同，导致回波的持续时间压缩或展宽。由于信号的带宽不变，因此回波的调频斜率发生改变。当变化了的调频斜率与参考函数(调频斜率与发射信号相同)进行匹配滤波时，脉压后的图像质量发生畸变，即发生失配。此时，不断地改变参考函数的持续时间(调频斜率会相应改变)，使这些参考函数与回波进行匹配得到一系列脉压后的信号。从中选取振幅最大的信号，则此时所对应的参考函数的调频斜率与回波的相同，从而可以得出受电离层影响的回波调频斜率。根据电离层总电子含量(TEC)与调频斜率变化量的关系，最后可计算出路径的TEC值。

然而，基于迭代思想的估计方法主要的问题是实时性和估计精度需要折衷考虑，即搜索步长越小，估计精度越高，但实时性越差，而搜索步长越大，实时性越好，但估计精度越差。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于星载SAR回波的电离层反演非迭代方法，克服迭代方法实时性差的问题，搜索步长大导致的计算精度低的问题，在保证精度情况下有效提高反演速度。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于星载SAR回波的电离层总电子含量反演非迭代方法，方法步骤如下：

(1)获取电离层影响下的星载SAR初始回波信号，选取α₁，α₂，…α_N等N个参考角度，对所述初始回波信号进行Radon变换，得到Radon变换后的回波信号轨迹长度；

(2)根据步骤(1)所得Radon变换后的回波信号轨迹长度计算回波信号时频角；

(3)根据步骤(2)所得回波信号时频角计算电离层影响下的回波调频斜率；

(4)根据步骤(2)、步骤(3)所得数据计算电离层路径总电子含量TEC值。

所述步骤(1)中，初始回波信号轨迹长度与Radon变换后的回波信号轨迹长度关系如下：

L_θ|sin(θ-α)|＝L_α

式中，θ为回波信号时频角，L_θ为初始回波信号轨迹长度，L_α为Radon变换后的回波信号轨迹长度，α为所选参考角度，其中α为α₁，α₂，…α_N中任意值。