大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）是指运行在地球同步轨道上的合成孔径雷达卫星。GEO SAR可保证对我国及部分周边国家区域每天一到两次的观测，对重点区域甚至可实现连续不间断监视。但是，GEO SAR合成孔径时间长、观测范围大，易受到大气层效应时空变化的影响，使成像的聚焦质量和差分干涉处理精度严重下降。

图1 单颗GEO SAR卫星对中国大陆的覆盖情况

针对该问题，北京理工大学胡程教授团队针对时空变大气层效应的建模、影响分析及补偿等方面开展了相关研究。针对常规对流层和背景电离层等大气层缓变的干扰部分，建立了高精度时频混合GEO SAR信号模型，分析了不同大气层参数的时间变化率对成像质量和差分干涉处理精度的影响。针对大气层干扰中对流层湍流和电离层闪烁等随机扰动造成的影响，基于相位屏理论，建立了大气扰动参数和成像质量的定量化分析模型，获得了大气层随机干扰的强度与成像评估指标间的关系。

图2 电离层闪烁影响下成像指标参数分析

最后，通过仿真验证了模型的有效性，并分析了长孔径时间内缓变和随机扰动的大气层误差对成像和差分干涉处理质量的影响，仿真结果表明：L波段GEO SAR成像和差分干涉处理受时空变电离层干扰的影响十分严重，必须予以补偿；对流层干扰对其影响较小，仅当积累时间达到数百秒时才需要考虑它对成像性能的恶化。

图3 时空变背景电离层引入的干涉相位屏误差和导致的形变测量误差

该工作已发表于《雷达学报》2018年第4期“大气层效应对地球同步轨道SAR系统性能影响研究”（胡程，董锡超，李元昊）。

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