一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法、系统、设备及介质技术方案

一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法、系统、设备及介质，方法包括：生成相位屏；获取方位向频谱数据；获取相位屏高度上的回波信号；加入h

【技术实现步骤摘要】
一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及信号处理
，特别涉及一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]星载合成孔径雷达(SAR)已经广泛地应用在军事和人们的生活中。由于雷达运行的高度在电离层之上，因此在对地面成像时，回波信号会不可避免地受到电离层的影响，导致成像质量下降。这其中，由于电离层电子密度不规则结构的存在，使得穿过电离层的信号发生幅度和相位的快速变化，这种影响被称为电离层闪烁。电离层闪烁将会使SAR方位向信号散焦，使得图像质量下降。因此，对于星载SAR受电离层闪烁效应误差影响的建模研究显得尤为重要。
[0003]当前国内外对电离层闪烁效应的误差建模方法，主要采用幂律谱来描述电离层电子密度不规则结构，并采用薄相位屏理论来解释和模拟电离层电子密度不规则结构引起的闪烁效应误差。薄相位屏理论仅考虑了不规则体单层分布时的情况，没有考虑到不规则体在电离层不同高度层上都有分布的特点，因而无法对电离层闪烁效应误差进行精确建模。
[0004]针对该问题，国内外学者提出了采用多相位屏和抛物线方程近似法来模拟电离层闪烁效应，名称为“GEO SAR的电离层闪烁相位的二维分布多相位屏生成方法”，申请号为[CN201310519652.1]的专利申请，提供了一种GEO SAR的电离层闪烁相位的二维分布多相位屏生成方法，把电离层电子密度不规则体假设为分布在多个高度层上的薄相位屏，考虑电磁波传播时的衍射效应，采用抛物线方程近似，通过不断地求解信号在相位屏内的传播和信号在相位屏之间的传播，以实现对电离层闪烁效应误差的模拟，然而这种方法每次只能模拟单个独立散射体所受到的电离层闪烁效应影响，在模拟闪烁对星载SAR成像的影响时，只能采用小场景近似，无法准确模拟电离层闪烁对整幅星载SAR图像的影响。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法、系统、设备及介质，采用多相位屏模型模拟电离层电子密度不规则体，利用解压缩处理以及解压缩相位替换获得雷达在不同相位屏高度上接收到的回波，通过空间位置对应相乘的方式在雷达回波中添加不同高度上的相位屏闪烁相位，能够实现分布式目标下星载合成孔径雷达(SAR)电离层闪烁效应误差精确建模。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，生成相位屏：根据雷达系统参数和h1、h2…
h
n
高度上的电离层参数，分别生成h1、h2…
h
n
高度上的相位屏，得到h1、h2…
h
n
高度上的电离层闪烁相位
[0009]步骤2，获取方位向频谱数据：将方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到方位向频谱数据S
FFT
；
[0010]步骤3，获取相位屏高度上的回波信号：根据雷达系统参数，计算h
i
高度上对应的参考斜距根据这个参考斜距计算出h
i
高度上的方位向解压缩相位把该方位向解压缩相位添加到步骤2所得的方位向频谱数据上，得到h
i
高度上方位向回波频谱将这个h
i
高度上方位向回波频谱按列进行快速逆傅里叶变换(IFFT)，得到h
i
高度上方位向回波信号
[0011]步骤4，加入h
i
高度上的电离层闪烁相位：将步骤3得到的h
i
高度上方位向回波信号添加上步骤1所得的h
i
高度上的电离层闪烁相位得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波信号
[0012]步骤5，方位向信号压缩：将步骤4得到的h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波信号按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波频谱然后把这个h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波频谱除以步骤3计算得到的h
i
高度上的方位向解压缩相位得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向频谱数据将获得的h
i
高度上受电离层影响后的方位向频谱数据执行循环，重复应用在步骤3到步骤5中，直到设置的所有高度上的相位屏都添加到方位向回波数据中，得到受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向频谱数据S
I_FFT_all
；
[0013]步骤6，逆傅里叶变换：将步骤6得到的受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向频谱数据S
I_FFT_all
按列进行快速逆傅里叶变换(IFFT)，得到受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向图像数据S
I_s
。
[0014]所述步骤1中生成相位屏的过程包括：
[0015]步骤1.1，计算相位屏方位向采样参数：
[0016]h
i
高度上的相位屏表示为(i＝1、2
…
n，n表示相位屏的个数)，不同高度上的相位屏大小相同，均为N
a
×
1，N
a
代表方位向的采样点数，不同的方位向采样点对应不同的方位位置，所有高度上的相位屏相邻的两个方位向采样点的空间间隔都相同，均为d：
[0017][0018]式中，V
ref
表示以场景中心为参考时的雷达等效速度，PRF表示雷达的脉冲重复频率；
[0019]步骤1.2，计算电离层闪烁相位：
[0020]根据雷达系统参数和上述步骤1.1得到的相位屏方位向采样参数，分别生成h1、h2…
h
n
高度上的相位屏，得到h1、h2…
h
n
高度上的电离层闪烁相位高度上的电离层闪烁相位
[0021]h
i
高度上的电离层闪烁相位具体表示为：
[0022][0023]式中，表示h
i
高度上的电离层闪烁相位中第(1，1)位置上的数值，表示h
i
高度上的电离层闪烁相位中第(N
a
，1)位置上的数值。
[0024]所述步骤2中获取方位向频谱数据的过程包括：
[0025]步骤2.1，将方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换：
[0026]设SAR的一维方位向图像数据S为：
[0027][0028]式中，S
11
表示图像数据中第(1，1)位置上的数值，表示图像数据中第(N
a
，1)位置上的数值；
[0029]将SAR的一维方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到方位向频谱数据S
FFT
为：
[0030][0031]式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，生成相位屏：根据雷达系统参数和h1、h2…
h
n
高度上的电离层参数，分别生成h1、h2…
h
n
高度上的相位屏，得到h1、h2…
h
n
高度上的电离层闪烁相位步骤2，获取方位向频谱数据：将方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到方位向频谱数据S
FFT
；步骤3，获取相位屏高度上的回波信号：根据雷达系统参数，计算h
i
高度上对应的参考斜距根据这个参考斜距计算出h
i
高度上的方位向解压缩相位把该方位向解压缩相位添加到步骤2所得的方位向频谱数据上，得到h
i
高度上方位向回波频谱将这个h
i
高度上方位向回波频谱按列进行快速逆傅里叶变换(IFFT)，得到h
i
高度上方位向回波信号步骤4，加入h
i
高度上的电离层闪烁相位：将步骤3得到的h
i
高度上方位向回波信号添加上步骤1所得的h
i
高度上的电离层闪烁相位得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波信号步骤5，方位向信号压缩：将步骤4得到的h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波信号按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波频谱然后把这个h
i
高度上受电离层影响后的方位向回波频谱除以步骤3计算得到的h
i
高度上的方位向解压缩相位得到h
i
高度上受电离层影响后的方位向频谱数据将获得的h
i
高度上受电离层影响后的方位向频谱数据执行循环，重复应用在步骤3到步骤5中，直到设置的所有高度上的相位屏都添加到方位向回波数据中，得到受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向频谱数据S
I_FFT_all
；步骤6，逆傅里叶变换：将步骤5得到的受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向频谱数据S
I_FFT_all
按列进行快速逆傅里叶变换(IFFT)，得到受多层相位屏闪烁相位影响后的方位向图像数据S
I_s
。2.根据权利要求1所述的一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法，其特征在于，所述步骤1中生成相位屏的过程包括：步骤1.1，计算相位屏方位向采样参数：h
i
高度上的相位屏表示为(i＝1、2
…
n，n表示相位屏的个数)，不同高度上的相位屏大小相同，均为N
a
×
1，N
a
代表方位向的采样点数，不同的方位向采样点对应不同的方位位置，所有高度上的相位屏相邻的两个方位向采样点的空间间隔都相同，均为d：式中，V
ref
表示以场景中心为参考时的雷达等效速度，PRF表示雷达的脉冲重复频率；步骤1.2，计算电离层闪烁相位：根据雷达系统参数和上述步骤1.1得到的相位屏方位向采样参数，分别生成h1、h2…
h
n
高度上的相位屏，得到h1、h2…
h
n
高度上的电离层闪烁相位高度上的电离层闪烁相位h
i
高度上的电离层闪烁相位具体表示为：式中，表示h
i
高度上的电离层闪烁相位中第(1，1)位置上的数值，表示h
i
高度上的电离层闪烁相位中第(N
a
，1)位置上的数值。3.根据权利要求1所述的一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法，其特征在于，所述步骤2中获取方位向频谱数据的过程包括：步骤2.1，将方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换：设SAR的一维方位向图像数据S为：式中，S
11
表示图像数据中第(1，1)位置上的数值，表示图像数据中第(N
a
，1)位置上的数值；将SAR的一维方位向图像数据S按列进行快速傅里叶变换(FFT)，得到方位向频谱数据S
FFT
为：式中，表示方位向频谱数据中第(1，1)位置上的数值，表示方位向频谱数据中第(N
a
，1)位置的数值，FFT(
·
)表示对矩阵按列进行快速傅里叶变换；步骤2.2，设置受闪烁相位影响后的方位向频谱数据初值以及循环参数i初始值：i＝1
ꢀꢀꢀꢀ
(6)。4.根据权利要求1所述的一种基于多相位屏模型的电离层闪烁效应误差建模方法，其特征在于，所述步骤3中获取相位屏高度上的回波信号的过程包括：步骤3.1，根据雷达系统参数，计算h
i
高度上对应的参考斜距高度上对应的参考斜距式中，R0表示场景中心的参考斜距，h
i
为第i个相位屏的高度，H表示雷达在经过场景中心点时的飞行高度；步骤3.2，根据雷达系统参数，计算方位向频谱数据在每个方位位置的方位频率f
a
：
步骤3.3，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭威，高新成，贺周杰，李小平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：