专利名称：电离层小尺度结构的雷达成像方法
技术领域：
本发明涉及合成孔径雷达成像技术领域，是一种电离层小尺度(几厘米 几十米)结构的合成孔径雷达成像方法。
背景技术：
地球电离层是一种色散媒质，其特性是时间和空间的函数；会引起穿过其中的低频波段(例如，UHF/VHF、P、L等)无线电信号的相位、幅度及极化产生重要影响；在通信、导航、遥感、隐身/反隐身、全球气候预测与监控等，众多军民用领域有重要的研究和应用价值。到目前为止，已发展了众多电离层不规则体的探测与成像的技术和方法，例如，测高仪、顶部探测仪、非相干探测，基于GPS等观测数据的电离层层析成像等。如图I和图2所示，根据所处理的电离层不规则体尺度的不同，这些方法可分为确定性和统计两类[1]。确定性方法又可分为射线层析成像方法和衍射层析成像方法；其中以电离层层析成像技术[24]为代表的射线层析成像方法主要针对大尺度的不规则体(数十公里至数百公里)，然而衍射层析成像方法针对中等尺度(数百米至数公里量级)的不规则体。中国科学院电子学研究所的郑虎博士研究了基于星载P波段合成孔径雷达(SAR)的电离层中等尺度不规则体的成像方法[6]，该方法利用分离的电离层不规则体雷达回波，采用雷达信号处理和衍射层析成像相结合的方法，对电离层不规则体成像。统计成像方法主要针对小尺度(米量级)的电离层不规则体；当感兴趣的电离层区域包含大量随时间和空间变化的小尺度不规则体时，这些不规则体的统计参数的重建显得更有意义。本发明研究一种新的电离层小尺度结构的成像技术，该技术利用地基合成孔径雷达回波(后向散射电场)的统计特性估计电离层小尺度结构的谱特性及其位置。该发明不仅为电离层的探测开辟了一条新道路，而且电离层本身的研究、通讯及无线电定位精度的提高等有重要意义。电离层不规则体会引起电波信号闪烁，S卩，无线电信号的振幅、相位、极化状态和到达角等的随机起伏，通过分析和处理该闪烁信号可获取电离层的统计特性。到目前为止的大多数电离层统计参数的反演属于模型参数估计方法，例如，相似性方法、相关性分析及色散分析方法等。这些方法集中在薄相位屏模型的假设基础上，且假设电离层不规则体服从带有未知参数的谱分布(例如，幂率谱、高斯谱、KoImogorov谱,等)；显然,这些方法的不足之处是受模型选取的限制。统计成像方法是非参数化方法，它建立在电离层随机波传播理论基础上，由场的二阶矩统计量重构电离层不规则体的统计参数。目前关于电离层统计逆散射方法最有影响力的研究工作是莫斯科大学的Kunitsyn教授等人基于随机介质波传播的抛物方程理论提出的前向统计逆散射方法，利用前向散射场的二阶矩统计量重建电离层电子密度起伏的相关函数[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]郑虎，星载P波段SAR的电离层不规则体成像及微波无相位对比源成像方法研究，中国科学院研究生院电子学研究所博士学位论文，2008.
发明内容
本发明目的是公开一种电离层小尺度结构的雷达成像方法，该方法简单，成像准确。为达到上述目的，本发明的技术解决方案是一种电离层小尺度结构的雷达成像方法，其包括步骤步骤一地基雷达脉冲线性调频信号
权利要求
1.一种电离层小尺度结构的雷达成像方法，其特征在于步骤一地基雷达脉冲线性调频信号
2.如权利要求I所述的电离层小尺度结构的合成孔径雷达成像方法，其特征在于所述步骤二中的三类相关函数，为三类二阶矩，计算公式分别为第一类
3.如权利要求I所述的电离层小尺度结构的雷达成像方法，其特征在于所述雷达为合成孔径雷达或真实孔径雷达。
4.如权利要求I所述的电离层小尺度结构的合成孔径雷达成像方法，其特征在于所述步骤二中的统计参数，为电离层电子密度统计参数，包括外尺度、内尺度、空间位置。
全文摘要
本发明公开了一种电离层小尺度结构的雷达成像方法，涉及合成孔径或真实孔径雷达成像技术，包括步骤一地基雷达发射信号照射电离层，接受经电离层散射的回波数据；步骤二根据雷达回波数据计算三类相关函数，重构电离层小尺度不规则体的统计参数；步骤三估计电离层不规则体高度；步骤四重构电离层不规则体相关函数；步骤五将步骤四计算所得结果输出，计算电离层不规则体的方差和尺度等参数，从而完成电离层小尺度不规则体的成像。本发明方法利用合成孔径雷达回波(后向散射场)的统计特性，估计电离层小尺度结构的谱特性及其位置，方法简单，成像准确。
文档编号G01S13/90GK102901963SQ201110217010
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者李芳 , 李廉林, 刘艳丽 申请人:中国科学院电子学研究所