[发明专利]一种利用SAR卫星测量电离层TEC值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量电离层TEC值的方法，尤其涉及一种利用SAR卫星实现高精度测量电离层TEC值的方法，属于地球同步轨道SAR系统研制领域。

背景技术

星载SAR发射及接收电磁波在穿越电离层后，会发生群延时、相位漂移、色散及法拉第极化旋转等传播效应，从而对低频段的SAR成像质量造成影响，对于地球同步轨道SAR(GEO SAR)由于其合成孔径时间长，电离层的时空变化对GEO SAR成像造成的影响愈加严重。目前国内外多家研究结构(如美国NASA JPL、英国Cranfield大学、中国空间技术研究院、中科院电子所、北京理工大学)开展了GEO SAR的相关研究。受美国NASA资助开展GEO SAR研究的美国喷气推进实验室（JPL）指出：精确了解大气扰动对SAR信号的影响是得到有意义结论的关键问题。英国克兰菲尔德（Cranfield）大学开展了无源双基GEO SAR系统研究，并指出大气的影响对GEO SAR成像至关重要。

目前国内外针对电离层对GEO SAR影响校正的主要方法包括：基于方位向处理的相位梯度自聚焦（PGA）方法、加权最小二乘方法及最小熵方法等；基于距离向处理的自适应匹配滤波方法及距离多视处理方法；利用现有测量手段对电离层TEC值进行实时测量的方法等。对于方位向处理的PGA方法能够补偿电离层变化对方位聚焦的影响，但是其一方面需要在图像中存在一个孤立的特显点，另一方面该方法只能估计电离层随时间变化的高次项，无法估计电离层TEC值变化的常数项和一次项，因此即使实现图像的方位聚焦，但是对于图像的定位误差及后续干涉测量误差仍无法解决。与PGA方法类似，对于加权最小二乘方法和最小熵方法在一定程度上能够补偿方位向散焦问题，但是均难以精确估计TEC值，从而无法进行精确的相位补偿。同时由于SAR发射信号的带宽通常与其载波频率相比相对较小，针对距离向的自适应匹配滤波方法估计电离层TEC值的精度很低，难以满足高成像质量的要求。对于距离多视方法，其通过将频谱分割成两部分，分别成像后估计二者之间的时延差，进而估计电离层TEC值，该方法同样受到SAR信号带宽的限制，时延差估计精度较低（以载波频率为1GHz，带宽为40M为例，1TECU引起的时延差只有10^-10秒的量级），因此难以精确地估计电离层TEC值的大小。由于电离层对电磁波传播的影响一方面与空间电子密度及其分布有关，另一方面与电磁波的传播路径有关。而SAR所发射与接收的脉冲信号随时间与空间是不断变化的，针对电离层的测量很难保证与SAR发射接收信号的路径和时间相同，因此测量的TEC值存在一定的偏差，从而不能精确补偿电离层对SAR成像质量的影响。

目前国内外对于GEO SAR的研究均刚刚起步，而克服电离层对于GEO SAR成像的影响是GEO SAR研究最为关键且必须解决的问题之一。该问题已成为目前国内外SAR领域研究的热点问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用SAR卫星测量电离层TEC值的方法，利用星载SAR自身信号携带完整电离层信息的特点，提取多个所选子频带的相位信息，通过多频解模糊等技术手段估计电离层TEC值，从而补偿电离层对星载SAR成像及干涉测量的影响，提高成像质量及干涉测量精度。

本发明的技术方案是：一种利用SAR卫星测量电离层TEC值的方法，包括如下步骤：

（1）在地面布置SAR信号接收机用于接收SAR卫星发射的脉冲信号；

（2）从步骤（1）接收到的SAR卫星脉冲信号中选取三个子频带信号，分别为子频带1、子频带2与子频带3，子频带1、子频带2与子频带3三个子频带信号的载波频率分别为f₁，f₂，f₃，三个子频带的载波频率满足f₃>f₂>f₁，且f₂-f₁=f₃-f₂=Δf；

（3）将步骤（2）选取的三个子频带信号的频谱分别进行搬移，使其频谱中心频率均位于零频，然后分别利用匹配滤波对三个子频带信号进行脉冲压缩处理，得到三个子频带信号峰值点处的相位Φ_n(n=1,2,3)；