電離層對星載SAR成像質(zhì)量影響和校正方法研究.pdf

1、由于背景電離層的色散特性和電離層不規(guī)則體的隨機(jī)起伏特性，低頻星載合成孔徑雷達(dá)(SAR)信號在穿過電離層時會受到不可忽視的影響。當(dāng)雷達(dá)工作頻率減小、帶寬增大、電離層活動劇烈時，星載SAR的成像性能就越容易受到電離層的影響，嚴(yán)重時會完全散焦。因此，電離層的存在會嚴(yán)重干擾和限制星載SAR的工作性能和應(yīng)用范圍。針對這一問題，本文重點討論了電離層對星載SAR成像的影響機(jī)理及對應(yīng)的校正研究，包括背景電離層和電離層閃爍（即不規(guī)則體）的影響及補(bǔ)償措施。

2、在我國對低頻星載SAR系統(tǒng)日益強(qiáng)烈需求的大背景下，本文的研究工作具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。論文的主要工作和創(chuàng)新性成果如下:
　　1.針對背景電離層，結(jié)合實際電離層信息和點目標(biāo)仿真，分析了其對星載SAR成像的影響，包括距離向和方位向的圖像平移和散焦問題。對于距離向，除了現(xiàn)有文獻(xiàn)已分析的圖像偏移和脈沖展寬外，對脈壓后的不對稱畸變也做了相應(yīng)討論和評估。分析結(jié)果表明，隨著載頻的降低、總的電子含量和帶寬的增大，背景電離層對距離向成像的影

3、響較大，會大大降低圖像的分辨率和精度要求。對于方位向，基于實際TEC的水平梯度分析了方位向的圖像平移和散焦問題，發(fā)現(xiàn)背景電離層對方位向的影響較小，一般情況下可以忽略。
　　2.針對電離層不規(guī)則體，理論方面，基于時間矩理論分別分析了不規(guī)則體多重散射效應(yīng)對星載SAR信號的時延影響以及不規(guī)則體的隨機(jī)性對相干距離的影響。結(jié)果表明，在強(qiáng)電離層起伏情況下，不規(guī)則體多重散射效應(yīng)對信號的時延影響不可忽略，甚至起到主要因素，因此會降低距離向圖像質(zhì)量

4、。另外，即使在弱起伏時，不規(guī)則體也會對相干距離造成影響，從而影響到方位向分辨率。數(shù)值仿真方面，對傳統(tǒng)的多相位屏模型進(jìn)行了斜入射、各向異性的修正，利用多相位屏模型仿真了星載SAR成像質(zhì)量的電離層不規(guī)則體效應(yīng)。分析結(jié)果表明，即使是較弱的起伏，電離層不規(guī)則體也會對目標(biāo)成像質(zhì)量造成明顯的下降，這與理論分析一致。
　　3.針對距離向圖像散焦的原理，提出了三頻法反演電離層信息，進(jìn)而補(bǔ)償圖像距離向的思想。由于在強(qiáng)起伏條件下，傳統(tǒng)雙頻法反演的電離

5、層信息誤差較大，因此不能很好的進(jìn)行成像校正，而三頻法由于同時考慮了不規(guī)則體多重散射效應(yīng)和背景電離層的影響，因此能夠較精確地補(bǔ)償SAR圖像，仿真結(jié)果表明了此方法的有效性。另外，利用三頻法反演得到的TEC值，進(jìn)行了基于星載SAR回波數(shù)據(jù)的電離層層析成像研究，通過對比傳統(tǒng)雙頻法結(jié)果，顯示出了三頻法的精確性。并且仿真分析了不同初始條件和仰角數(shù)據(jù)對層析成像結(jié)果的影響。
　　4.針對方位向圖像散焦的原理，參考機(jī)載SAR對大氣湍流和姿態(tài)改變引起