[发明专利]一种利用极地探冰雷达提取极地冰层位方法

权利要求书

1.一种利用极地探冰雷达提取冰层位的方法，其特征在于，所述提取冰层位的步骤如下：

步骤S1：对在多层介质中传播的雷达回波信号进行二维傅立叶变换，将雷达回波信号变换到二维频域，得到在多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱；

步骤S2：对多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱乘以参考相位因子，得到受距离徙动影响的雷达回波信号，所述参考相位因子具有将多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱进行匹配滤波和中心距离处距离徙动校正、二次距离压缩及方位向匹配滤波功能；

步骤S3：采用尺度逆傅立叶变换一方面对受距离徙动影响的雷达回波信号进行距离徙动校正，得到消除了距离徙动因子线性项影响的雷达回波信号，另一方面将消除了距离徙动因子线性项影响的雷达回波信号变换到距离多普勒域；所述变换对受距离徙动影响的雷达回波信号进行线性距离频率项补偿，得到需要进行二次及三次距离频率项补偿以及方位向压缩的雷达回波信号；

步骤S4：在距离多普勒域，利用二次及三次距离频率补偿函数对需要进行二次及三次距离频率项补偿以及方位向压缩的雷达回波信号的二次及三次距离频率项进行补偿，得到需要方位向压缩的雷达回波信号，之后利用方位向压缩的参考函数对需要方位向压缩的雷达回波信号进行方位向压缩，得到需要方位向傅立叶反变换雷达回波信号；

步骤S5：对得到的需要方位向傅立叶反变换雷达回波信号进行方位向傅立叶反变换，得到聚焦图像，通过对聚焦图像进行距离向坐标收缩，得到极地探冰雷达探测的层位目标的真实层位。

2.根据权利要求1所述的极地探冰雷达提取冰层位的方法，其特征在于，多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱表示如下：

S2df(ft^,ftm)=Arect(uL(-hcftm2(fc+ft^)u21-(cftm2(fc+ft^)u)2-dcftm2nice(fc+ft^)u21-(cftm2nice(fc+ft^)u)2))×rect(ft^KT)exp(jθa(ft^,ftm)),]]>

式中，A是表示多层介质中传播的雷达回波信号的频域幅度常数，rect(·)表示方波信号，u表示雷达沿方位向做匀速直线运动的速度，L表示合成孔径长度，h表示雷达运动平台与地面之间的垂直距离，c表示电磁波在自由空间中的传播速度，表示方位向频率，其中t_m为方位时间或者称为慢时间，f_c表示雷达工作中心频率，表示距离向频率，其中为距离时间或者称为快时间，d表示极地探冰雷达探测的点目标与地面之间的垂直距离，n_ice表示冰层的折射率，K表示调频斜率，T表示发射脉冲宽度，表示多层介质中传播的回波信号的二维频谱的相位函数，j表示虚数因子，exp(·)表示指数函数；

所述多层介质中传播的回波信号二维频谱的相位函数表示如下：

θa(ft^,ftm)=-4π(fc+ft^)c(h1-(cftm2(fc+ft^)u)2+niced1-(cftm2nice(fc+ft^)u)2)]]>

-2πftm(-hcftm2(fc+ft^)u21-(cftm2(fc+ft^)u)2-dcftm2nice(fc+ft^)u21-(cftm2nice(fc+ft^)u)2)-πft^2K,]]>

=-4πh(fc+ft^)c1-(cftm2(fc+ft^)u)2-πft^2K]]>

-4πniced(fc+ft^)c1-(cftm2nice(fc+ft^)u)2]]>

式中，第一项表示为：-4πh(fc+ft^)c1-(cftm2(fc+ft^)u)2,]]>第一项表示与电磁波在空气中的传播距离对应的方位向调制、距离徙动以及距离和方位向之间的耦合，第一项与极地探冰雷达探测的点目标的深度无关，通过对第一项的补偿将两层介质成像问题转化为单层介质来求解；第二项表示为：第二项表示雷达发射线性调频信号的基带形式的频谱；第三项表示为：-4πniced(fc+ft^)c1-(cftm2nice(fc+ft^)u)2,]]>第三项与单层介质情况下雷达回波信号的二维频谱中的相关项一致，由于第一项与第三项之间不存在耦合在处理时能单独补偿；将在多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱的相位函数分为不依赖深度部分表示如下：

-4πh(fc+ft^)c1-(cftm2(fc+ft^)u)2-πft^2K]]>和依赖深度部分表示如下：-4πniced(fc+ft^)c1-(cftm2nice(fc+ft^)u)2,]]>对不依赖深度的固定项进行相位补偿，所述相位补偿对在多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱乘以具有将多层介质中传播的雷达回波信号的二维频谱进行匹配滤波和中心距离处距离徙动校正、二次距离压缩及方位向匹配滤波功能的参考函数H1(ft^,ftm)=exp[jθref(ft^,ftm)],]]>其中相位函数表示为：

θref(ft^,ftm)=-4π(h+nicedref)cft^+πft^2K+4πh(fc+ft^)c1-(cftm2(fc+ft^)u)2]]>

+4πnicedref(fc+ft^)c1-(cftm2nice(fc+ft^)u)2,]]>

式中，d_ref是场景中心的深度；在频域对参考深度实现聚焦后进行距离向逆傅立叶变换(IFFT)操作时，默认频率轴是以距离向频率为中心，所以得到的空域信号中心R＝0，但实际接收到的在多层介质中传播的雷达回波信号是以R₀＝h+n_iced_ref为中心的，式中，R₀是极地探冰雷达运动平台与参考深度之间的等效距离，极地探冰雷达探测的点目标的深度的坐标原点被移到R₀处，于是需要在频域乘上一个线性相位因子从而将坐标原点左移到R＝0处；这一步骤完成了距离向匹配滤波和中心距离处的距离徙动校正、二次距离压缩及方位向的匹配滤波功能，对上式处理完的受距离徙动影响的雷达回波信号的结果作逆傅立叶变换完成参考深度d_ref处目标的聚焦。