[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

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达研究领域和电离层闪烁研究领域，尤其涉及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。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时的高分辨率微波遥感成像雷达，可安装在飞机、卫星、导弹等飞行平台上。自上世纪50年代发明以来，已经在许多领域取得了越来越广泛的应用，例如灾害控制、植被分析、微波遥感等领域。

地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)是运行在36000km高度地球同步椭圆轨道上的SAR卫星。相比于低轨SAR(LEO SAR，轨道高度低于1000Km)而言，GEO SAR具有许多明显的优越性，主要体现在测绘宽度长、监测覆盖面积大，重访周期较短，抗打击与抗摧毁能力强等方面，目前已成为国内外的研究热点。

电离层效应的研究是GEO SAR研究的一个重要方面。由于GEO SAR轨道较高、合成孔径时间较长等因素，GEO SAR成像相对于LEO SAR而言受到电离层的影响的更为严重。但是，目前对于GEO SAR的研究主要考虑的是GEO SAR本身系统参数设计和分析、成像机理机制研究、成像处理算法和卫星偏航控制等方面，电离层对于GEO SAR系统的影响受到了较少的关注，因此电离层对GEO SAR系统影响的建模是一个亟待解决的问题。事实上，电离层对GEO SAR的影响又分为背景电离层和电离层闪烁两种影响，电离层闪烁由于其随机起伏性和产生机理不确定性使得其成为GEO SAR研究中的一个难点。目前对电离层闪烁的研究较多使用的是多相位屏方法，但是在GEO SAR领域这种方法存在两点不足：一是目前的多相位屏方法多使用于LEO SAR系统，对于GEO SAR系统方面缺乏相应的应用；二是目前的多相位屏方法多数涉及是一维相位生成并且许多文献资料都具有详细的生成方法叙述，即合成孔径雷达成像过程中相位起伏分布是一维空间分布，缺少相对成熟二维相位空间分布生成方法。而事实上，合成孔径雷达成像过程中的空间场景分布往往涉及多点目标，原有的一维闪烁相位分布假设不具适用性，因此二维电离层闪烁相位屏的生成方法成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明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，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。

本发明的GEO SAR的电离层闪烁相位的二维分布多相位屏生成方法包括以下步骤：

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，根据所述步骤1获得的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,z_n)＝u(x,y,z_n-1)exp[jφ_n-1,n(x,y)](3)

其中，jφ_n-1,n(x,y)＝exp[χ(x,y)-jS(x,y)]，z_n和z_n-1分别表示GEO SAR信号传播所达到的高度，相位屏被认为是一层较薄的随机介质，处于z＝(z_n-1+z_n)/2的位置；jφ_n-1,n(x)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，根据步骤2获得的单个相位屏随机相位分布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，κ是二维空间波数分布，其满足的关系。高度处于z＝(z_n-1+z_n)/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L_M×L_N，并且分成M×N等份。则根据幅度和相位起伏功率谱Φ_χ(κ_x,κ_y)和Φ_S(κ_x,κ_y)在n-1和n层之间取值和得到在点(x＝i·Δx,y＝j·Δy)处随机幅度和相位起伏的描述为：