电离层对P波段星载SAR信号距离特性的影响

P波段星载合成孔径雷达(SAR)因其穿透特性而受到关注,但是电离层中的自由电子对P波段星载SAR电磁波的传播有较大影响。文中结合工程适用的电离层电子浓度剖面模型,分析了背景电离层电子浓度随时空变化将会引起SAR图像距离向的偏移,同时电离层的色散效应会导致SAR压缩后的波形展宽,使距离向的分辨率变差。仿真结果为P波段星载SAR系统设计提供依据。     

电离层对星载P波段合成孔径雷达成像的影响

文章分析了信号载频、带宽、电离层总电子量(Total Electronics Content,TEC)以及闪烁强度等因素对于P波段合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像分辨率的影响,并进行了点目标成像仿真研究。仿真结果表明,在电离层中传播时SAR距离向分辨率与信号载频、带宽以及电离层总电子量大小密切相关,同时会导致SAR距离向图像偏移;方位向分辨率受电离层闪烁效应的影响,随着闪烁强度的增强,方位向分辨率逐渐降低,当处于强闪烁条件下时,方位向无法成像。     

电离层对星载合成孔径雷达方位向分辨率影响的分析

该文分析了天线实孔径尺寸、不同电离层谱以及电离层不规则体尺度等因素在电离层对星载合成孔径雷达(SAR)方位向分辨率影响中的作用。研究结果表明,保持星载SAR合成孔径长度不变,增加天线实孔径的尺寸会引起SAR方位向分辨率的退化,同时导致SAR方位向图像平滑。电离层的Kolmogorov谱对SAR方位向的影响较双参谱严重。电离层不规则体尺度远大于合成孔径的尺寸时,电离层对SAR方位向分辨率的影响可以忽略;在电离层不规则体的尺度减小到合成孔径的尺寸以下,但量级接近时,电离层的影响会导致SAR方位向分辨率的恶化。     

时-空变化的背景电离层对星载合成孔径雷达方位向成像的影响分析

对于星载合成孔径雷达(SAR)成像,方位向信号的相关性可能会因时-空变化的背景电离层而遭到破坏,特别是对于低波段系统.该文将孔径内方位时变的斜距电子总量(STEC)归结于3个因素:垂向电子总量(VTEC)的时间变化、空间变化以及电磁波传播路径的变化,分别分析了每个因素造成的时变STEC各阶系数.该文建立了统一的分析模型,即时变STEC影响下的SAR方位向信号3阶泰勒展开模型,推导了方位向偏移和相位误差解析表达式,并基于此得到了不同星载SAR系统的时变STEC各阶系数容限.利用实测的VTEC数据以及国际参考电离层(IRI)模型,开展了信号级仿真.数值分析和信号级仿真的结果表明,对于低轨P波段SAR系统,空变VTEC与传播路径变化是导致方位时变STEC的主要因素;而对于中高轨SAR系统,时变VTEC是导致方位时变STEC的主要因素.随着载频的下降与合成孔径时间的增加,方位向成像性能更加容易受到方位时变STEC的影响.     

时-空变化的背景电离层对星载合成孔径雷达方位向成像的影响分析

对于星载合成孔径雷达(SAR)成像,方位向信号的相关性可能会因时-空变化的背景电离层而遭到破坏,特别是对于低波段系统。该文将孔径内方位时变的斜距电子总量(STEC)归结于3个因素:垂向电子总量(VTEC)的时间变化、空间变化以及电磁波传播路径的变化,分别分析了每个因素造成的时变STEC各阶系数。该文建立了统一的分析模型,即时变STEC影响下的SAR方位向信号3阶泰勒展开模型,推导了方位向偏移和相位误差解析表达式,并基于此得到了不同星载SAR系统的时变STEC各阶系数容限。利用实测的VTEC数据以及国际参考电离层(IRI)模型,开展了信号级仿真。数值分析和信号级仿真的结果表明,对于低轨P波段SAR系统,空变VTEC与传播路径变化是导致方位时变STEC的主要因素;而对于中高轨SAR系统,时变VTEC是导致方位时变STEC的主要因素。随着载频的下降与合成孔径时间的增加,方位向成像性能更加容易受到方位时变STEC的影响。     

时空变背景电离层对 GEO TomoSAR 成像影响分析

地球同步轨道合成孔径雷达层析成像（GEO TomoSAR）是一种将地球同步轨道 SAR（GEO SAR）与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨 SAR 层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于 GEO SAR 轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得 GEO SAR 信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响 GEO TomoSAR 三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的 GEO TomoSAR 信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对 GEO TomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。      

基于最小熵星载合成孔径雷达电离层效应校正

分析了电离层闪烁效应对低频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)方位向分辨率的影响,并基于相位屏方法进行了仿真研究.结果表明,随着电离层闪烁强度的增强,方位向分辨率逐渐降低,当处于强闪烁条件下时,方位向分辨率严重降低,甚至无法成像.利用最小熵方法对加入电离层闪烁效应误差的一副相控阵L波段合成孔径雷达(Phased Array L-Band Synthetic Aperture Radar,PALSAR)图像进行了校正,仿真试验结果表明,最小熵方法可有效校正电离层闪烁效应造成的方位向分辨率恶化的影响,校正后图像方位向分辨率得到了很好的恢复,接近原始无误差图像方位向分辨率,图像质量明显提高.     

星载合成孔径雷达二维闪烁相位误差校正方法研究

分析了电离层闪烁效应对低频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)方位向分辨率的影响, 并基于二维相位屏方法生成了距离向空变的闪烁相位误差.传统的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)方法难以适用于二维空变相位误差校正, 而本文基于闪烁相位误差在距离向具有连续性的特点, 在一定规则基础上将整幅图像划分为若干个子孔径, 对每个子孔径图像利用PGA方法进行相位误差估计, 再将得到的各子孔径相位误差进行插值运算, 从而得到整幅图像的闪烁相位误差.仿真结果表明:相比于传统PGA方法, 子孔径PGA方法可以有效解决二维空变闪烁相位误差对图像方位向分辨率的影响, 校正后的图像得到很好的恢复, 方位向分辨率明显提高.     

一种基于有源定标器的电离层对星载SAR定标影响校正方法

针对电离层对低频星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)定标的影响,该文提出一种基于有源定标器的电离层对星载SAR定标影响校正方法,主要针对由电离层群延时导致的距离向位置偏移和由电离层色散效应引起的脉冲展宽所导致的分辨率下降进行了分析,利用SAR内外定标相结合的方法,精确测量出电离层引起的脉冲时间宽度变化量,利用测量结果对电离层的影响进行校正。给出校正前后以及无电离层影响的有源定标器距离向成像仿真结果,结果表明通过校正可以很大程度上改善有源定标器距离向点目标图像质量,提高了定标测量精度,验证了校正方法的正确性。     

基于频带分割法反演电离层TEC参数

星载合成孔径雷达(SAR)系统会受到电离层带来的相位影响,降低星载SAR系统成像质量,对低频段宽带星载SAR尤其明显。为了消除电离层对星载SAR带来的相位影响,基于陆地观测技术卫星2号(ALOS-2)星载SAR数据,采用距离向频带分割法来估计电离层电子总含量(TEC)参数。验证推导距离向频带分割法的最优估计精确度,并利用ALOS-2数据,采用距离向频带分割法反演得到二维电离层TEC参数分布,分析了距离向分辨单元数对反演精确度的影响。另外,分析了雷达图像不同区域采用距离向频带分割法的估计精确度。结果表明频带分割法具有很强的鲁棒性,可以有效地反演电离层TEC参数分布,同时距离向分辨力单元数和成像区域场景地形起伏也影响反演电离层参数的精确度。     

机载SAR图像方位向几何畸变研究

由于大气干扰等原因,SAR平台很难按照理想航迹飞行,造成了SAR图像的散焦和几何畸变。这些几何畸变主要发生在方位向上,因此SAR图像方位向几何畸变校正对于SAR图像应用具有很重要的意义。本文分析了非理想轨迹对SAR图像方位向几何畸变的影响,对常见的视线误差进行了建模。根据距离建模方法,将视线误差建模为加速模型和正弦模型,并对正弦模型进行了重点分析,推导了它的正交多项式展开,得到了正弦变化模型下方位向几何畸变的预测表达式及校正相位。最后通过仿真试验和实测数据处理结果验证了文中算法的有效性。      

利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像

该文主要研究了利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像的方法。在分布式SAR系统中,不同卫星对同一地域观测时,其距离向频谱及方位向频谱均具有一定的相对频谱偏移。利用该频谱偏移进行频谱合成形成较宽的距离向频谱及方位向频谱,从而提高系统的距离向分辨力及方位向分辨力。在频谱合成过程中可首先利用INSAR技术估计出多幅图像的相位差,再利用该相位差进行相位校正、图像合成即可形成具有较高分辨率的图像。该文对这一方法进行了理论分析,并给出了仿真结果。     

雷达导引头单脉冲前视成像技术研究

在前视条件下,合成孔径雷达(SAR)成像技术因距离-方位耦合成像质量急剧下降。对此,文中提出一种单脉冲成像方法,该方法将距离高分辨技术与单脉冲测角技术相结合,利用脉冲压缩实现距离维高分辨,并用单脉冲测角技术实现不同距离单元强散射点的方位维高分辨,能有效弥补SAR成像技术在前视成像领域的不足。相对实波束成像,单脉冲成像能有效改善图像质量,仿真实验验证了这一结论。     

Potential Effects of the Ionosphere on Space-Based SAR Imaging

There has been a considerable interest in the use of lower frequency (VHF/UHF) space-based synthetic aperture radar (SAR) for realizing the foliage and ground penetration. The phase perturbation, signal distortion and imaging resolution degradation by the ionosphere will be particularly severe, however the model is not yet well established and still needs to be further studied. In this paper, on the basis of possible improvements for the model proposed by Ishimaru and others, potential ionospheric effects on SAR imaging are evaluated. First, for analyzing azimuthal resolution, we apply the fourth moment recently obtained in general case of strong fluctuation regimes, which is expected to give results for wider conditions. The Gaussian approximation was used in the previous model; however it is only valid in the fully saturated regimes. Second, for analyzing image shift and distortion, besides group delay, the higher-order dispersion is considered. Third, for discussing range resolution degraded due to pulse broadening, besides the dispersion, the multiple scattering of ionospheric turbulence is studied. Fourth, the Faraday rotation effect is analyzed. Numerical simulations are shown using ionospheric turbulence spectrum and TEC inferred from the International Reference Ionosphere (IRI) and satellite beacon observations.      

基于非均匀快速傅里叶变换的SAR方位向运动补偿算法

沿航向的非匀速运动对SAR成像质量有很大影响,而运动补偿后SAR图像存在几何形变,影响子图像拼接和多波段SAR图像融合。当沿航向速度误差较大时,实图像域插值校正后图像残留的几何形变不能忽略。基于上述问题,该文提出一种基于非均匀傅里叶变换的SAR方位向运动补偿算法,算法直接对方位向的非均匀数据进行非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)。该算法的定位误差和几何形变比实图像域插值校正几何形变算法小1到2个数量级,对沿航向速度误差有很强的鲁棒性,补偿后数据的幅度和相位信息都得以保留。SAR仿真和实测数据验证了该算法的有效性。