[发明专利]GEOSAR的电离层闪烁相位的二维分布多相位屏生成方法

摘要

本发明提供一种同步轨道合成孔径雷达的二维分布多相位屏生成方法，该方法能够通过功率谱反演和分步傅里叶变换，实现电离层闪烁二维随机起伏相位的分布生成，解决了地球同步轨道合成孔径雷达大场景成像仿真中电离层闪烁效应仿真的核心问题一一闪烁相位二维分布生成方法问题，实现了电离层闪烁对GEO SAR大场景成像影响的仿真模拟，便于日后电离层闪烁效应的补偿方法研究等问题。

主权项

一种GEO SAR的电离层闪烁相位的二维分布多相位屏生成方法，其特征在于，包括：步骤1，根据电离层分布情况构造电子密度起伏功率谱，利用所述电子密度起伏功率谱获得电离层闪烁相位的功率谱；步骤2，将整个电离层等效为用一系列数值产生的随机相屏，同步轨道合成孔径雷达信号每通过一个相屏，增加一个随机相位，由此根据所述电离层闪烁相位的功率谱利用式(3)获得不同高度电离层的单个相位屏随机相位分布：u(x,y,zn)＝u(x,y,zn‑1)exp[jφn‑1,n(x,y)]   (3)其中，jφn‑1,n(x,y)＝exp[χ(x,y)‑jS(x,y)]，zn和zn‑1分别表示GEO SAR信号传播所达到的高度，相位屏处于z＝(zn‑1+zn)/2的位置；jφn‑1,n(x,y)是一个复数相位，包含复数相位的相位起伏S(x,y)和幅度起伏χ(x,y)，x和y代表成像场景中电离层的二维空间分布；步骤3，所述同步轨道合成孔径雷达信号在步骤2获得的单个相位屏之间进行真空传播，根据单个相位屏的幅度和相位偏差将电离层电子密度起伏功率谱与电离层多相位屏随机起伏相位的功率谱的关系用式(5)和式(6)表示；其中，Φξ(κx,κy)为电离层电子密度起伏的功率谱；C＝80.6/f2，f是信号的载波频率；Δz是相位屏之间的间隔；κx＝2π/Lx、κy＝2π/Ly为二维空间波数，Lx和Ly为计算的电离层二维空间分布x和y方向的总长度；为介质中的波数，k0是自由空间中的波数，<εr>是电离层相对介电常数的均值；<Ne>是背景电离层电子密度；κ是二维空间波数分布，其满足的关系；高度处于z＝(zn‑1+zn)/2的仿真相屏的幅度和相位偏差可利用傅里叶变换方法来数值产生，设每个相屏的水平尺寸是LM×LN，并且分成M×N等份，则在点(x＝i·Δx,y＝j·Δy)处的随机幅度和相位起伏用式(7)表示：其中，i＝0,1,2,…,M‑1，j＝0,1,2,…,N‑1，Δx＝LM/M，Δy＝LN/N，Δκx＝2π/LM，Δκy＝2π/LN，而随机相位角和服从0～2π上的二维均匀分布；步骤4，根据傅里叶变换和傅里叶逆变换对所述式(7)进行修改，得到计算结果，该计算结果如式(8)、(9)、(10)和(11)所示：χn‑1,n(x,y)＝FFTx[FFTy(x1)]+j·FFTx[M·IFFTy(x1)]+j·N·IFFTx[FFTy(x1)]‑N·IFFTx[M·IFFTy(x1)]+FFTx[FFTy(x2)]+j·FFTx[M·IFFTy(x2)]‑j·N·IFFTx[FFTy(x2)]+N·IFFTx[M·IFFTy(x2)]+FFTx[FFTy(x3)]‑j·FFTx[M·IFFTy(x3)]+j·N·IFFTx[FFTy(x3)]+N·IFFTx[M·IFFTy(x3)]+FFTx[FFTy(x4)]‑j·FFTx[M·IFFTy(x4)]‑j·N·IFFTx[FFTy(x4)]‑N·IFFTx[M·IFFTy(x4)]   (11)其中，FFTx，FFTy，IFFTx，IFFTy分别表示的是x方向和y方向的傅里叶 变换和逆傅里叶变换；步骤5，根据步骤4获得的计算结果利用分步傅立叶变换来实现GEO SAR雷达信号在相位屏之间的传播，获得随机起伏，其满足式(12)和(13)：其中，Δz是相位屏之间的间隔；步骤6，将步骤5中所求得的随机起伏引入GEO SAR回波信号；电离层闪烁对于GEO SAR回波信号的影响用式(14)表示：其中是电离层闪烁产生的相位起伏，Aiono(t)是电离层闪烁产生的幅度起伏。