题目：星载VHF/UHF-SAR电离层效应误差补偿方法研究

 

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）具备全天时、全天候的对地观测能力，已成为遥感领域重要的手段。星载甚高频和超高频（Very High Frequency/Ultra High Frequency，VHF/UHF）SAR主要用于植被和地表探测，特别在反演地表生物量方面有巨大潜力。生物量是全球碳循环模型中的关键环节之一，对研究全球碳循环与气候变化的相互作用等重大基础性科学问题具有重要意义。由于工作波长较长，VHF/UHF-SAR信号在电离层传播过程中受到电离层效应的严重影响，影响其对地观测的精度。精确补偿电离层效应对星载SAR的影响已成为当前国际研究的前沿性基础课题。

本文针对星载VHF/UHF-SAR电离层效应误差补偿方法展开了深入的研究，其主要研究内容和创新性成果主要体现在以下几个方面。

（1）建立了电离层色散效应和闪烁效应导致的雷达信号相位误差数学模型，分析了色散效应和闪烁效应对成像质量的影响，推导了误差允许范围内系统可达到的最高分辨率指标计算公式。建立了双圆极化模式中法拉第旋转效应条件下的测量矩阵模型，定量分析了法拉第旋转效应引入的距离向和方位向相位误差，得出双圆极化模式对法拉第旋转效应具有不敏感性的结论，适用于星载VHF/UHF-SAR系统。

（2）针对自聚焦算法补偿电离层效应误差的适用性问题，深入研究了基于最大对比度自聚焦算法的色散效应误差补偿方法和基于相位梯度自聚焦算法的闪烁效应误差补偿方法。通过分析两种方法补偿后分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比等指标随信杂比的变化，给出了保证补偿后聚焦精度的信杂比门限，并利用SAR真实数据验证了两种方法的有效性与局限性，从而为两种自聚焦方法的应用条件提供了理论参考。

（3）针对自聚焦算法补偿色散效应误差受到场景均质性限制的问题，提出了基于电离层同步探测的色散效应误差补偿方法。由于现有电离层探测雷达视在方位分辨率过低，提出了一种频分体制探测雷达新方案，大幅提高了方位分辨率，能够实现顶层大尺度电子密度高分辨率二维（高度和方位）探测，以满足SAR场景色散误差补偿需求。给出了新体制雷达系统关键参数优化设计和信号处理方法，并阐述了基于该频分雷达探测数据的TEC反演方法，实现色散误差补偿。利用电离层经验模型数据和SAR真实数据仿真验证了该方法不受场景均质性的限制，能够保证星载VHF/UHF-SAR色散效应误差的补偿精度，为同步探测补偿方式奠定了良好的理论技术基础。

（4）针对闪烁效应具有时变性、随机性以及自聚焦算法补偿闪烁效应误差受场景均质性限制的问题，提出了基于电离层同步探测的闪烁效应误差补偿方法。由于现有电离层探测雷达不能实现高分辨率探测中小尺度不规则体三维分布，提出了一种星载单输入多输出合成孔径雷达新方案，大幅提高了方位分辨率，实现不规则体高分辨率三维成像，以满足SAR场景闪烁误差补偿需求。完成了新体制关键系统参数优化设计，建立了三维回波信号模型，提出了三维成像处理方法和基于不规则体成像数据的闪烁相位反演方法，实现闪烁误差补偿。利用闪烁效应经验模型和SAR真实数据仿真验证了补偿方法的有效性。该方法为VHF/UHF-SAR图像受到闪烁效应影响的强度判别提供重要信息支撑，同时对于均匀或含强点较少的场景，可得到优于相位梯度自聚焦算法的补偿效果。