專利名稱：電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，是一種電離層小尺度(幾厘米 幾十米)結(jié)構(gòu)的合成孔徑雷達(dá)成像方法。
背景技術(shù)：
地球電離層是一種色散媒質(zhì)，其特性是時(shí)間和空間的函數(shù)；會(huì)引起穿過其中的低頻波段(例如，UHF/VHF、P、L等)無線電信號(hào)的相位、幅度及極化產(chǎn)生重要影響；在通信、導(dǎo)航、遙感、隱身/反隱身、全球氣候預(yù)測(cè)與監(jiān)控等，眾多軍民用領(lǐng)域有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。到目前為止，已發(fā)展了眾多電離層不規(guī)則體的探測(cè)與成像的技術(shù)和方法，例如，測(cè)高儀、頂部探測(cè)儀、非相干探測(cè)，基于GPS等觀測(cè)數(shù)據(jù)的電離層層析成像等。如圖I和圖2所示，根據(jù)所處理的電離層不規(guī)則體尺度的不同，這些方法可分為確定性和統(tǒng)計(jì)兩類[1]。確定性方法又可分為射線層析成像方法和衍射層析成像方法；其中以電離層層析成像技術(shù)[24]為代表的射線層析成像方法主要針對(duì)大尺度的不規(guī)則體(數(shù)十公里至數(shù)百公里)，然而衍射層析成像方法針對(duì)中等尺度(數(shù)百米至數(shù)公里量級(jí))的不規(guī)則體。中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所的鄭虎博士研究了基于星載P波段合成孔徑雷達(dá)(SAR)的電離層中等尺度不規(guī)則體的成像方法[6]，該方法利用分離的電離層不規(guī)則體雷達(dá)回波，采用雷達(dá)信號(hào)處理和衍射層析成像相結(jié)合的方法，對(duì)電離層不規(guī)則體成像。統(tǒng)計(jì)成像方法主要針對(duì)小尺度(米量級(jí))的電離層不規(guī)則體；當(dāng)感興趣的電離層區(qū)域包含大量隨時(shí)間和空間變化的小尺度不規(guī)則體時(shí)，這些不規(guī)則體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的重建顯得更有意義。本發(fā)明研究一種新的電離層小尺度結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)，該技術(shù)利用地基合成孔徑雷達(dá)回波(后向散射電場(chǎng))的統(tǒng)計(jì)特性估計(jì)電離層小尺度結(jié)構(gòu)的譜特性及其位置。該發(fā)明不僅為電離層的探測(cè)開辟了一條新道路，而且電離層本身的研究、通訊及無線電定位精度的提高等有重要意義。電離層不規(guī)則體會(huì)引起電波信號(hào)閃爍，S卩，無線電信號(hào)的振幅、相位、極化狀態(tài)和到達(dá)角等的隨機(jī)起伏，通過分析和處理該閃爍信號(hào)可獲取電離層的統(tǒng)計(jì)特性。到目前為止的大多數(shù)電離層統(tǒng)計(jì)參數(shù)的反演屬于模型參數(shù)估計(jì)方法，例如，相似性方法、相關(guān)性分析及色散分析方法等。這些方法集中在薄相位屏模型的假設(shè)基礎(chǔ)上，且假設(shè)電離層不規(guī)則體服從帶有未知參數(shù)的譜分布(例如，冪率譜、高斯譜、KoImogorov譜,等)；顯然,這些方法的不足之處是受模型選取的限制。統(tǒng)計(jì)成像方法是非參數(shù)化方法，它建立在電離層隨機(jī)波傳播理論基礎(chǔ)上，由場(chǎng)的二階矩統(tǒng)計(jì)量重構(gòu)電離層不規(guī)則體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。目前關(guān)于電離層統(tǒng)計(jì)逆散射方法最有影響力的研究工作是莫斯科大學(xué)的Kunitsyn教授等人基于隨機(jī)介質(zhì)波傳播的拋物方程理論提出的前向統(tǒng)計(jì)逆散射方法，利用前向散射場(chǎng)的二階矩統(tǒng)計(jì)量重建電離層電子密度起伏的相關(guān)函數(shù)[1]。[I]V. E. Kunitsyn, E. D. Tereshchenko. Ionospheric Tomography, New York，Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2003.[2]V. E. Kunitsyn. Ionosphere radio tomography using high-orbitnavigation systems. Moscow University Physics Bulletin.2005，60 (I) :94-108.
[3]H. Na, J.Shen, H. Lee, A Fourier domain technique for Ionospherictomography, Radio Sci. ,1995,30(3) :747-754.[4]H. R. Na, H. Lee. Resolution degradation parameters of ionospherictomography. Radio Sci.，1994，29 (I) :115-125.[5]V. E. Kunitsyn, E. D. Tereshchenko, Radio tomography of the ionosphere,IEEE Antenna. Propag. Magazine. ,1992,34(5) :22-32.[6]鄭虎，星載P波段SAR的電離層不規(guī)則體成像及微波無相位對(duì)比源成像方法研究，中國(guó)科學(xué)院研究生院電子學(xué)研究所博士學(xué)位論文，2008.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是公開一種電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法，該方法簡(jiǎn)單，成像準(zhǔn)確。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法，其包括步驟步驟一地基雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號(hào)
權(quán)利要求
1.一種電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法，其特征在于步驟一地基雷達(dá)脈沖線性調(diào)頻信號(hào)
2.如權(quán)利要求I所述的電離層小尺度結(jié)構(gòu)的合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征在于所述步驟二中的三類相關(guān)函數(shù)，為三類二階矩，計(jì)算公式分別為第一類
3.如權(quán)利要求I所述的電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法，其特征在于所述雷達(dá)為合成孔徑雷達(dá)或真實(shí)孔徑雷達(dá)。
4.如權(quán)利要求I所述的電離層小尺度結(jié)構(gòu)的合成孔徑雷達(dá)成像方法，其特征在于所述步驟二中的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，為電離層電子密度統(tǒng)計(jì)參數(shù)，包括外尺度、內(nèi)尺度、空間位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電離層小尺度結(jié)構(gòu)的雷達(dá)成像方法，涉及合成孔徑或真實(shí)孔徑雷達(dá)成像技術(shù)，包括步驟一地基雷達(dá)發(fā)射信號(hào)照射電離層，接受經(jīng)電離層散射的回波數(shù)據(jù)；步驟二根據(jù)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)計(jì)算三類相關(guān)函數(shù)，重構(gòu)電離層小尺度不規(guī)則體的統(tǒng)計(jì)參數(shù)；步驟三估計(jì)電離層不規(guī)則體高度；步驟四重構(gòu)電離層不規(guī)則體相關(guān)函數(shù)；步驟五將步驟四計(jì)算所得結(jié)果輸出，計(jì)算電離層不規(guī)則體的方差和尺度等參數(shù)，從而完成電離層小尺度不規(guī)則體的成像。本發(fā)明方法利用合成孔徑雷達(dá)回波(后向散射場(chǎng))的統(tǒng)計(jì)特性，估計(jì)電離層小尺度結(jié)構(gòu)的譜特性及其位置，方法簡(jiǎn)單，成像準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102901963SQ201110217010
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者李芳 , 李廉林, 劉艷麗 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所