[发明专利]一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法

说明书

本发明提供一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法，基于法拉第旋转角算法对获取的全极化SAR数据进行处理计算，获取图像范围内的SAR VTEC，将获取的SAR VTEC作为约束条件，IG值作为变量，使用拟合得到的IG‑VTEC拟合曲线函数，确定图像中每个点VTEC对应下的IG值，获取目标区域的IG值分布，随后将时间和经纬度以及计算得到的目标区域IG值作为输入，利用IRI模型获取电子密度剖线，最终获取整个研究区域的三维电子密度分布。由于使用了SAR数据获取的高空间分辨率VTEC，反演得到了精细化的三维电子密度的分布，在很大程度上提高应用中电波传播修正精度。

技术领域

本发明属于三维电子密度技术领域，具体涉及一种联合IG值和SAR反演高精度电子密度的方法。

背景技术

随着无线电通信、卫星导航定位、雷达探测等技术的快速发展，电离层的研究受到广泛关注，如何获取大范围高精度电离层的问题亟待解决。电离层(Ionosphere)是地面60千米以上部分电离的大气区域，其中存在大量自由电子与离子。研究电离层不仅可以反演整个空间大气层的结构及其变化，对深入认识整个日地空间环境具有重要的科学意义；而且可以用于改正电离层对无线电通讯、航天和导航等人类活动的影响，对服务人类空间活动具有重大的应用价值。

垂直总电子含量(Vertical Electron Density Content，VTEC)与三维电子密度是表征电离层空间结构的关键参数。理论上，VTEC与三维电子密度的空间分布及时间变化，反映了电离层的主要特性，因此通过探测与分析电离层VTEC参量与三维电子密度，可以研究电离层不同时空尺度的分布与变化特性，如电离层扰动，电离层的周日、逐日变化，电离层年度变化，以及电离层的长期变化等。应用中，电离层的TEC与穿透电离层传播的无线电波时间延迟与相位延迟密切相关，因此可用于在卫星定位、导航等空间应用工程中的电波传播修正。因此研究VTEC与三维电子密度具有重要意义。

近年来，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)由于其覆盖范围广、空间分辨率高、全天候、全天时等特点，在精细化电离层构建方面得到了广泛的应用。但目前利用SAR研究电离层的方法只能获取二维的VTEC的分布，难以获取精确的三维电子密度结果。

为获取精确的电离层三维电子密度结果，有必要基于SAR数据获取高精度VTEC，通过SAR VTEC去改正反演的三维电子密度，提高反演得到的三维电子密度的精度，其研究结果可为电离层时空分布和变化特征提供重要参考，在很大程度上提高应用中电波传播修正精度。

目前对电离层三维电子密度的研究方法主要有：GPS通过发射不同频率的信号获取某一处的垂直总电子含量(VTEC)；COSMIC通过掩星事件得到电子密度剖线；非相干散射雷达(ISR)获取连续时间段内的电子密度剖线。这些方法可以获取三维电子密度，但都存在空间分辨率不足的问题，因此目前还无法获取到精细化的三维电子密度数据，进而影响电离层产品的精确性。

另外，全极化SAR信号线性极化波在穿过电离层时会发生法拉第旋转现象，该法拉第旋转角与电离层的总电子含量相关，因此可利用SAR数据的法拉第旋转、磁场信息以及入射角信息解算出数据覆盖范围内的VTEC分布。目前利用SAR研究电离层的方法，在没有利用外部电离层垂直结构信息情况下只能获取二维的VTEC的分布，难以获取精确的三维电子密度结果。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种联合电离层全球指数(ionospheric index,IG)与SAR VTEC估计三维电子密度分布的方法，克服现有技术中难以获取三维电子密度或三维电子密度数据精确度不能满足需求的缺陷。