P波段星载SAR电离层传播效应校正方法研究

P波段星载合成孔径雷达（SAR）同时具有P波段的强穿透能力和星载SAR的全天候、全天时、宽覆盖等优点，在隐蔽目标侦查、森林生物监测、海底地形测绘等方面具有广阔的应用前景。电离层传播效应使得星载SAR分辨率降低、图像位置平移以及极化特性改变，成为P波段星载SAR发展的关键瓶颈问题。针对此瓶颈问题，本课题由电离层介质特性出发，紧密结合随机介质中的电波传播理论、星载SAR回波模型及信号处理方法，对P波段星载SAR电离层传播效应建模方法以及电离层色散、闪烁、法拉第旋转效应校正方法等基础理论问题展开深入研究，试图突破电离层效应影响这一技术难点，提出高精度电离层效应校正新方法，为P波段星载SAR系统早日实现奠定理论基础。

星载合成孔径雷达可全天时、全天候获取大范围、高分辨图像，在军事侦察和经济建设中有着重要的应用价值。星载P波段SAR兼具P波段SAR穿透能力强、对生物量敏感的特点和星载SAR大范围观测的优势。然而，星载P波段SAR受到电离层色散、闪烁、法拉第旋转等传播效应的严重影响，成为系统发展的瓶颈之一。本项目针对“电离层传播效应建模仿真”、“电离层效应影响分析”以及“电离层效应校正”等三个方面开展了深入研究。. 首先，研究了基于电离层多相位屏理论的星载SAR信号建模与仿真。针对当前普遍采用的单相位屏理论只适用于弱闪烁情况的局限性，将多相位屏理论应用于星载SAR电离层效应模拟中，解决了星载SAR电离层强闪烁效应模拟问题。针对星载SAR信号的斜入射传播几何，通过求解抛物方程，得到了电磁波斜入射情况下的衍射结果，并将其扩展到了球面波情形。. 其次，分析了电离层效应对星载SAR系统的影响。提出了利用电离层非线性相位误差大小判断色散效应对SAR距离压缩性能影响的方法；利用电离层不规则体的Rino谱推导了星载SAR模糊函数的二阶矩，分析了闪烁效应影响下的SAR方位压缩性能与电离层不规则体之间的关系，数值仿真验证了分析结果的正确性；给出了极化色散效应下星载SAR的极化响应函数矩阵，分析了电离层FR效应的色散特性及其对星载极化SAR系统成像性能的影响。. 最后，研究了星载P波段SAR中电离层效应的校正方法。提出了基于谱分割的电离层路径电子总量估计方法以校正色散效应，可以实现SAR数据电离层色散效应的自校正；提出了最小熵的自聚焦方法和自孔径+相干合成的方法来校正电离层闪烁效应；提出了一种基于极化协方差矩阵的法拉第旋转角估计新方法，与现有方法相比，新方法在系统相位不平衡影响具有更小的均方根误差，且误差大小几乎与法拉第旋转角真值无关。仿真实验及PALSAR实测数据处理验证了上述校正方法的有效性。