[发明专利]一种NLFM信号的电离层色散效应解析模型的建立方法

说明书

本发明公开一种NLFM信号的电离层色散效应解析模型的建立方法，用以精确的描绘NLFM信号所面临的电离层色散效应的影响，建立方法包括：利用NLFM信号的功率谱密度函数得到瞬时频率函数的一个映射；利用多项式曲线拟合的原理近似映射的反函数，获得瞬时频率函数；将瞬时频率函数代入传统的凝固电离层模型，获得扩展的凝固电离层模型，以作为NLFM信号的电离层色散效应解析模型。通过本发明的方法，能够建立起精确模拟电离层色散效应对NLFM信号影响的解析模型，为消除低频段SAR系统中NLFM信号所面临的电离层色散效应提供理论基础。

技术领域

本发明涉及星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）领域，主要面向NLFM信号技术。

背景技术

SAR是一种主动式微波成像雷达，具有全天时、全天候的工作特点，再环境保护、灾害监测、海洋观测、资源勘查和军事侦察等方面的应用上具有独特的优势。

SAR的基本思想是利用方位信号的相干累积，通过信号处理的方式构建一个等效的长天线从而提升方位向分辨率。另一方面，SAR发射大带宽、大时宽的信号，通过脉冲压缩的方式来获得高的压缩增益和距离向分辨率，因此图像的距离向性能取决于发射信号的脉冲响应。传统地，SAR采用线性调频（Linear frequency modulation, LFM）信号作为发射信号，因为LFM信号具有大时间带宽积和良好地多普勒特性，且生成方式简单易于实现。然而以LFM信号作为单一发射信号的传统SAR系统也面临着许多困境，例如高旁瓣和信噪比损失、分辨率损失和距离模糊等问题。而非线性调频（Nonlinear frequency modulation,NLFM）信号可以在不损失信噪比的情况下压低旁瓣，有效的解决LFM信号的缺陷，因而近年来在SAR领域得到了广泛的应用。

对于许多的军事应用或民事应用，例如生物量反演、灾害预警、环境监测等等，通常会使用具有更好穿透性能的低频雷达信号（通常小于2 GHz）。但是，由于电离层的存在，包括色散效应等问题会对信号造成影响，使得成像结果出现散焦和几何偏移等问题。传统的凝固电离层模型可以有效的描述电离层色散效应对于LFM信号的影响。但是由于NLFM信号的瞬时频率随时间非线性变化，传统的模型无法精确的描绘电离层色散效应对于NLFM信号的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出NLFM信号的电离层色散效应解析模型的建立方法，以精确的描绘电离层色散效应对NLFM信号的影响，为消除低频段SAR系统中NLFM信号所面临的电离层色散效应提供理论基础。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种NLFM信号的电离层色散效应解析模型的建立方法，包括如下步骤：

步骤1、利用NLFM信号的功率谱密度函数得到瞬时频率函数的一个映射；

步骤2、利用多项式曲线拟合的原理近似该映射的反函数，获得瞬时频率函数；

步骤3、将瞬时频率函数代入凝固电离层模型，获得扩展的凝固电离层模型，以作为NLFM信号的电离层色散效应解析模型。

进一步的，所述步骤1中，利用NLFM信号的功率谱密度函数得到瞬时频率函数的一个映射，具体如下：

步骤1.1、假设瞬时频率函数的映射与时间满足关系：

，

其中，是SAR发射信号的距离向时间；表示瞬时频率函数；表示瞬时频率函数的一个映射；

步骤1.2、信号的功率谱密度函数与信号的调频率的倒数相关，信号的功率谱密度函数表示为：，其中a是常数；

步骤1.3、，利用上述步骤1.1、步骤1.2中的等式推导得到瞬时频率函数的映射与信号的功率谱密度函数之间的关系表示为：

；

其中，功率谱密度函数是已知的，因此能够求得瞬时频率函数的一个映射的表达式。