星载SAR/干涉SAR电离层效应校正技术研究

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星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)可全天时、全天候获取大范围区域高分辨率雷达图像,广泛应用于军事侦察、地球遥感等领域。星载干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar Interferometry,In SAR)是建立在星载SAR技术之上的,它通过不同视角对同一区域获取的两幅SAR图像,利用干涉相位信息重建高精度数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),在全球地形测绘、地震火山监测等方面极具应用价值。地球电离层是一种色散、各向异性的随机介质,对传播于其中的电磁波引起相位超前、色散、以及闪烁等效应,且该影响随着信号频率的降低、带宽的增大而更为严重。当前,星载SAR和干涉SAR技术正在向着更大带宽、更长合成孔径时间、更低载频等方向发展,使得电离层成为制约其发展的瓶颈之一。本文针对星载雷达系统电离层效应分析与校正这一热点问题,分析了电离层传播效应对星载SAR和干涉SAR成像的影响机理,提出了星载SAR电离层闪烁效应校正及星载干涉SAR电离层效应校正新方法。本文工作安排如下:第二章阐述了电离层特性及其影响机理。首先介绍了电离层的电子密度分布情况和特性,指出背景电离层的分层结构与电离层不规则体的时空变化特性。随后针对背景电离层对星载SAR带来的色散、群延迟和相位超前等影响进行分析。基于相位屏理论,采用Rino谱仿真中等闪烁强度的相位屏,分析电离层不规则体对星载SAR造成的影响。最后推导了电离层效应与星载In SAR干涉相位误差的传递模型。第三章研究了星载SAR电离层闪烁效应校正技术。推导了最小熵准则和最大对比度准则校正闪烁效应的核心公式,分析总结传统闪烁校正算法的优缺点。针对传统优化算法不具备全局优化能力的缺点,提出基于最大对比度准则的闪烁效应校正新方法。采用点目标仿真、蒙特卡洛仿真和基于实测数据的相关实验结果验证了该方法的有效性。第四章研究了星载干涉SAR电离层效应校正技术。针对传统频谱分割法不能准确估计子带中心频率的问题,推导了子带中心频率对电离层估计精度的影响公式,提出一种基于零基线干涉辅助子带中心频率估计的频谱分割干涉SAR电离层效应校正新方法。仿真数据和实测数据证明新频谱分割算法对电离层的实际估计精度优于传统频谱分割法。
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