[发明专利]一种实测数据驱动的电离层法拉第旋转效应估计方法

说明书

本发明公开了一种实测数据驱动的电离层法拉第旋转效应估计方法，包括如下步骤：步骤A，输入无线电信号的发射点位置和接收点位置，计算信号的传播路径：步骤B，利用全球电离层TEC地图分布，插值得到信号传播路径上的垂直总电子含量TEC：步骤C，利用信号传播路径上的实测TEC数据驱动电离层模型，计算传播路径上的电子密度：步骤D，利用国际参考地磁场模型IGRF，计算传播路径上的地磁场强度：步骤E，利用复合辛普森数值积分法，计算电离层法拉第旋转角。本发明所公开的估计方法，有效提升了电离层三维电子密度的精度，可用于修正电离层法拉第旋转效应对电波信号的影响，从而为远程预警雷达、星载SAR、射电望远镜等应用提供电波环境保障支撑。

技术领域

本发明属于电波环境信息保障领域，特别涉及该领域中的一种实测数据驱动的电离层法拉第旋转效应估计方法。

背景技术

电离层作为日地空间环境的重要组成部分，会对穿越其中的无线电波产生折射、反射、法拉第旋转(Faraday Rotation)等效应，从而影响卫星导航、通信、雷达等诸多无线电信息系统的性能。法拉第效应即线极化电波穿过电磁场时，极化面相对入射角会产生偏转，偏转的角度即为法拉第旋转角。

对于远程预警雷达而言，在对近地空间目标进行预警跟踪时，雷达发射的电磁波会在电离层中传播，电离层作为磁化等离子体，会导致电磁波产生法拉第旋转，从而对雷达探测性能造成影响；对于合成孔径雷达(SAR)而言，L波段星载SAR在太阳活动高峰年，法拉第旋转角将超过100°，而单程5°的法拉第旋转角就会明显影响地面特性的重构；对于P波段星载SAR成像，实测的偏振数据无法直接应用于地表的分类；对于巨型射电望远镜和现代孔径阵列射电望远镜而言，高精度测量法拉第旋转随时间的变化是获取脉冲星发射的极化模式和银河星际介质磁场变化的基础。

现有的电离层法拉第旋转效应通常利用经验电离层模型进行估计，电离层电子密度与实际变化相差较大，且在使用磁场强度时，采用了简化方法获取某特定高度的近似磁场强度，这会导致较大的旋转角估计误差，影响法拉第旋转的校正精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种实测数据驱动的电离层法拉第旋转效应估计方法。

本发明采用如下技术方案：

一种实测数据驱动的电离层法拉第旋转效应估计方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤A，输入无线电信号的发射点位置和接收点位置，计算信号的传播路径：

步骤A1，将发射点位置和接收点位置的纬度、经度和高度坐标转换为空间直角坐标，分别标记为(X₀,Y₀,Z₀)和(X₁,Y₁,Z₁)，转换表达式为：

其中R_e为地球半径，e²＝0.00669437999013；

步骤A2，将信号发射点位置和接收点位置转换为站心直角坐标(N,E,U)，转换表达式为：

T为旋转矩阵，计算方法如下：

分别表示发射点的经度和纬度坐标；

步骤A3，计算发射点和接收点间的仰角E，计算表达式为：

步骤A4，计算发射点和接收点间的方位角A，计算表达式为：

步骤A5，计算发射点和接收点间电波传播路径上，高度为h处网格点的经纬度坐标计算公式如下：