电离层对中高轨SAR影响机理研究

李亮 洪峻 明峰

李亮, 洪峻, 明峰. 电离层对中高轨SAR影响机理研究[J]. 雷达学报, 2017, 6(6): 619-629. doi: 10.12000/JR17016
引用本文: 李亮, 洪峻, 明峰. 电离层对中高轨SAR影响机理研究[J]. 雷达学报, 2017, 6(6): 619-629. doi: 10.12000/JR17016
Li Liang, Hong Jun, Ming Feng. Mechanism Study of Ionospheric Effects on Medium-Earth-Orbit SAR[J]. Journal of Radars, 2017, 6(6): 619-629. doi: 10.12000/JR17016
Citation: Li Liang, Hong Jun, Ming Feng. Mechanism Study of Ionospheric Effects on Medium-Earth-Orbit SAR[J]. Journal of Radars, 2017, 6(6): 619-629. doi: 10.12000/JR17016

电离层对中高轨SAR影响机理研究

DOI: 10.12000/JR17016
基金项目: 国家自然科学基金(61571417),国家部委基金
详细信息
    作者简介:

    李 亮(1980–),副研究员,硕士生导师,主要从事星载SAR有源定标器系统设计、SAR系统定标技术、机载SAR系统设计以及电离层对星载SAR成像影响校正等方面的研究

    洪 峻(1960–),男,研究员,博士生导师,研究方向为SAR定标技术、机载SAR系统设计

    明 峰(1977–),男,副研究员,研究方向为SAR定标技术、SAR数据定量化处理

    通讯作者:

    李亮   liliang282@163.com

Mechanism Study of Ionospheric Effects on Medium-Earth-Orbit SAR

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61571417), The National Ministries Foundation
  • 摘要:

    中高轨道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是下一代星载SAR重要发展方向之一,电离层影响分析是推动中高轨道SAR系统发展的关键技术之一。该文利用电离层实测数据分析了电离层时空变化特征,根据电离层时空变化特性,结合中高轨道SAR合成孔径时间长、测绘带宽、轨道高等特点,从SAR成像理论角度出发,分别从距离向和方位向阐述了电离层对中高轨SAR成像质量的影响因素和影响机理,通过分析揭示了中高轨SAR电离层影响与低轨SAR的不同之处。

     

  • 图  1  全球电离层TEC分布图[7]

    Figure  1.  Global ionospheric TEC distribution[7]

    图  2  纬度30.18N, TEC随经度变化

    Figure  2.  TEC vs. longitude

    图  3  经度为116.41W, TEC随纬度变化

    Figure  3.  TEC vs. latitude

    图  4  TEC随经纬度变化

    Figure  4.  TEC vs. longitude and latitude

    图  5  南加州中心区域TEC日变化图

    Figure  5.  Ionospheric TEC variation in a day (South California Area)

    图  6  不同纬度,相同经度下,VTEC随时间的变化

    Figure  6.  Ionospheric VTEC vs. time (different latitude)

    图  7  不同经度,相同纬度下,VTEC随时间的变化

    Figure  7.  Ionospheric VTEC vs. time (different longitude)

    图  8  中高轨道/低轨道SAR距离向横跨电离层尺度示意图

    Figure  8.  Sketch of range beam on ionosphere for MEO/LEO SAR

    图  9  不同轨道高度下电离层TEC校正后剩余误差导致的最大二次相位误差

    Figure  9.  Peak quadratic phase error induced by residual TEC after correction for various orbit

    图  10  电磁波在随机介质中的传播几何

    Figure  10.  Propagation geometry of a signal propagating in ionosphere

    图  11  SAR信号双程通过电离层示意图

    Figure  11.  Sketch of SAR pulses propagating through ionosphere twice

    图  12  电离层不规则体引起的距离向分辨率的下降随轨道高度的变化

    Figure  12.  Degradation of resolution in range induced by irregularities vs. SAR orbit height

    图  13  中高轨SAR条件下,电离层不规则体在距离向分布示意图

    Figure  13.  Sketch of range beam on ionospheric irregularity for MEO/LEO SAR

    图  14  中高轨和低轨SAR成像几何

    Figure  14.  Image geometry for MEO and LEO SAR

    图  15  中高轨SAR和低轨SAR合成孔径在电离层上投影示意图

    Figure  15.  Projection on ionosphere of synthetic aperture for MEO and LEO SAR

    图  16  电离层时变对方位向成像的影响

    Figure  16.  Effects on azimuth image induced by temporal-variability of ionosphere

    图  17  方位向位移随轨道高度的变化

    Figure  17.  Displacement in azimuth vs. orbit height

    图  18  不同轨道下电离层不规则体引入的相位方差(p=2.5)

    Figure  18.  Phase variance induced by ionospheric irregularity vs. orbit height

    表  1  仿真参数

    Table  1.   Simulation parameters

    参数 数值
    工作频率(GHz) 1.25
    带宽(MHz) 100
    不规则体下边缘高度(km) 300
    不规则体上边缘高度(km) 500
    不规则体内尺度(m) 0.5
    不规则体外尺度(m) 500
    不规则体p指数 11/3
    不规则体起伏方差 0.25
    下载: 导出CSV

    表  2  仿真参数

    Table  2.   Simulation parameters

    参数 数值
    轨道高度(km) 600 1300 3000 10000
    工作频率(GHz) 1.25 1.25 1.25 1.25
    方位分辨率(m) 5 5 5 5
    合成孔径时间(s) 2.6 5.7 13.7 54.5
    多普勒带宽(Hz) 1384 1198 890 400
    斜视角(°) 0 0 0 0
    地面入射角(°) 45 45 45 45
    波束视角(°) 40.2 36.0 28.7 16.0
    卫星速度vr(km/s) 7.23 6.57 5.39 3.08
    TEC二次变化率(TECu/s2) 0.02 0.02 0.02 0.02
    TEC三次变化率(TECu/s3) 0.002 0.002 0.002 0.002
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-14
  • 修回日期:  2017-04-19
  • 网络出版日期:  2017-12-28

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