一种基于子距离像偏移差的星载SAR电离层定标方法

摘要

本发明提供了一种基于子距离像偏移差的星载SAR电离层定标方法，消除非理想矩形包络的影响的同时消除采样率的限制，提高电离层TEC测量精度的鲁棒性。第一步：利用低通滤波器和高通滤波器将强散射点目标信号或者有源定标器信号分解为两个上下子带脉冲信号；第二步：将上下子带脉冲信号距离压缩；第三步：将上下子距离像包络进行互相关，得到归一化互相关能量谱；第四步：提取第三步中归一化互相关能量谱的相位谱，通过估计相位随频率f变化的斜率，得到Δt_shift的估计值，进而得到电离层TEC的估计值；电离层产生的子距离像偏移差在亚像素量级，即Δt_shift＜1/f_s，其中f_s表示雷达采样率，则归一化互相关能量谱不会产生相位缠绕。

主权项

1.一种基于子距离像偏移差的星载SAR电离层定标方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：利用低通滤波器和高通滤波器将强散射点目标信号或者有源定标器信号，以下简称脉冲信号，分解为两个上下子带脉冲信号，低频信号带宽降低一倍、载频变为f_c-B_r4；高频信号带宽也降低一倍、载频变为f_c+B_r4；其中f_c为信号载频，B_r为信号带宽；第二步：将上下子带脉冲信号距离压缩；低频子距离像包络产生电离层群延迟高频子距离像包络产生电离层群延迟其中TEC为电离层电子总含量；第三步：将上下子距离像包络进行互相关，得到归一化互相关能量谱；令高频子距离像包络s_high(t)、幅度谱S_high(f)，则低频子距离像包络s_low(t)＝s_high(t-Δt_shift)、幅度谱S_low(f)＝S_high(f)exp{-j2πfΔt_shift}；其中t表示脉冲信号时间，Δt_shift＝Δt_low-Δt_high表示子距离像相对偏移差；则归一化互相关能量谱即为：$Q_{\mathrm{norm}}\left(f\right)=\frac{S_{\mathrm{low}}^{*}\left(f\right)S_{\mathrm{high}}\left(f\right)}{\left|S_{\mathrm{low}}^{*}\left(f\right)S_{\mathrm{high}}\left(f\right)\right|}=\exp \{-j2\mathrm{\pi f\Delta }{t}_{\mathrm{shift}}\}$第四步：提取第三步中归一化互相关能量谱的相位谱，通过估计相位随频率f变化的斜率，得到Δt_shift的估计值，进而根据第二步中的公式${\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{shift}}={\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{low}}-{\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{high}}=\frac{80.6\mathrm{TEC}\times f_c{B}_r}{c{(f_c-B_r/4)}^2{(f_c+B_r/4)}^2}>0$得到电离层TEC的估计值；电离层产生的子距离像偏移差在亚像素量级，即Δt_shift＜1f_s，其中f_s表示雷达采样率，则归一化互相关能量谱不会产生相位缠绕。