[发明专利]一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法

权利要求书

1.一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基于法拉第旋转角算法的全极化SAR数据获取图像范围内的SAR VTEC；

(2)基于SAR VTEC作为约束条件使用IG优化构建三维电子密度；

步骤(1)具体包括如下子步骤：

(1.1)获取全极化SAR数据，根据式(1)及雷达系统参数对HH、HV、VH、VV四种极化方式的数据进行误差矫正，得到经系统误差矫正后的观测值散射矩阵M：

式中A是雷达系统的总体增益，j为虚数单位，φ为双程相位延迟，Ω为单程法拉第旋转角；S为真实散射矩阵，N为附加噪声矩阵，δ₁，δ₂，δ₃，δ₄为因H和V极化发射和接收的非完全独立导致的串扰，f₁，f₂为通道失配，hh、vh、vv、vh下角标代表对应极化方式；

(1.2)使用Bickel and Bates FR角估计器计算法拉第旋转角；

首先根据公式(2)将线性极化方式转换为圆极化方式，将散射矩阵M进行如下矩阵变换：

式中，j为虚数单位；M_hh、M_vh、M_hv、M_vv为四种极化方式的单视复数影像的观测值散射矩阵；Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂为转换后矩阵对应值；

随后，根据式(3)使用转换后的矩阵Z计算法拉第旋转角；

式中arg代表对复数取幅角，*代表取其共轭数；考虑到SAR数据在距离向和方位向的特点，为减少计算量对初步计算的进行多视处理，多视比为距离向：方位向＝5：35；计算后可先对其进行自适应光谱滤波后在取幅角以减少噪声；

(1.3)利用研究区域的FR角结合磁场信息计算VTEC；使用如下公式计算VTEC：

式中，f为信号频率，B₀为磁场强度，θ为磁场与SAR信号夹角，为信号入射角；其中，f信号频率可从SAR数据参数文件中获取；磁场强度B₀为从IGRF提取300千米处的磁场值，IGRF还可获取磁倾角以及磁偏角信息；研究区信号入射角分布通过利用研究区数字高程模型以及SAR数据参数文件计算得到；将获得的SAR入射角以及磁场信息转换至对应研究区的SAR坐标系下，计算磁场与SAR入射角之间的θ的分布；最终通过上式计算研究区域的SARVTEC分布。

2.根据权利要求1所述的一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法，其特征在于，步骤(2)包括如下子步骤：

(2.1)拟合IG值与VTEC的函数关系；

以SAR数据采集时间为准，选择研究区域某一处作为研究IG值与VTEC的参考点；将IG值范围为以10为间隔划分为的0到400的等差数列，并向IRI模型输入时间、经纬度及IG值，获得IRI模型输出的该IG值对应的电子密度剖线；根据公式(5)对其进行积分计算该剖线的VTEC；

式中H_min为垂直总电子含量的起始高度，H_max为垂直总电子含量的终止高度，单位均为千米，N(h)为高度为h千米处的电子密度，单位为ele/km³，∑N(h)为求和符号，代表对从起始高度到终止高度的电子密度求和；将获取的IG值及对应的VTEC采用多项式拟合为形如式(6)的四次多项式，式中a、b、c、d、e为待拟合参数：

IG＝a*VTEC⁴+b*VTEC³+c*VTEC²+d*VTEC+e (6)

(2.2)获取研究区域IG值；

以SAR VTEC作为约束条件，将SAR VTEC带入拟合后的公式(6)，解算出整幅影像SARVTEC对应的IG值；

(2.3)估计研究区域三维电子密度；

获取整幅影像SAR VTEC对应的IG值后，构建三维电子密度。

3.根据权利要求2所述的一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法，其特征在于，步骤(2.3)通过如下步骤计算构建三维电子密度：

(2.3.1)选择SAR影像上的点，获取其时间、经纬度及VTEC对应的IG值；

(2.3.2)将时间、经纬度以及IG值作为输入，使用IRI模型获取该点处三维电子密度剖线；重复上述(2.3.1)(2.3.2)步骤直至获取SAR影像数据范围内所有数据点位的三维电子密度剖线，从而获取整个研究区域的三维电子密度分布。