星载干涉SAR电离层效应影响分析与校正方法研究

摘要

星载干涉合成孔径雷达（Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR）将传统的SAR技术与干涉技术结合在一起，通过对SAR复图像对的干涉相位作相关的数据处理，来获得照射区域的三维信息。此外，它能够全天时全天候工作，在获取大区域范围、高分辨率的地表三维信息，即数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、地表形变监测等领域有着相当广泛的应用。在微波频段，电离层会对穿过其中的SAR信号产生色散、群延迟、闪烁及法拉第旋转效应等严重影响，这已经成为星载InSAR系统向低频段、高分辨率、高精度的方向发展的瓶颈之一。本文紧紧围绕“星载InSAR电离层效应”这一关键问题，针对“电离层效应影响分析”及“电离层效应校正”等两个方面作了较为系统性的研究。本文主要的研究工作如下：
　　第一章为绪论。首先阐述了本论文研究的背景及意义，然后介绍了星载InSAR系统的发展现状以及电离层对星载InSAR系统影响及其校正方法的国内外研究现状，最后介绍了全文的结构及章节安排。
　　第二章为电离层及其电波传播理论。首先对电离层及其介质特性的基本情况作了介绍，并指出电离层可以宏观地分为背景电离层以及不规则体；然后阐述了背景电离层及不规则体下的电波传播效应。
　　第三章为电离层对星载干涉SAR性能影响分析。首先以重复航过的星载SAR干涉测量为例，介绍了星载InSAR系统的基本工作原理，然后针对电离层效应对图像信噪比、图像相干性、干涉相位等影响作了详细的研究，建立了电离层对星载InSAR系统高程测量误差传递模型，并以典型的星载P波段和L波段InSAR系统参数为例，计算了电离层效应对星载低频段InSAR系统相对测高带来的误差。
　　第四章为星载干涉SAR电离层效应影响的校正方法研究。首先，针对两次观测期间电离层路径电子总量(Total Electron Content, TEC)变化?STEC提出的两种估计方法――频谱分割方法以及群-相延迟差分方法从基本原理及实现步骤两个方面进行了较为详尽的阐述；然后针对文献[37]中的频谱分割方法中的不足，提出了基于控制点的改进的频谱分割方法,并仿真验证了改进的方法的有效性。
　　第五章为结束语。总结了本文的工作及创新点，并指出了电离层对星载InSAR影响与校正的下一步研究方向。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文内容结构安排

第二章 电离层及其传播特性的基础知识

2.1 引言

2.2 电离层及其介质特性

2.3 电离层的电波传播理论

2.4 本章小结

第三章 电离层对星载干涉SAR性能影响分析

3.1 引言

3.2 SAR重轨干涉测量的基本原理

3.3 色散效应对星载InSAR性能的影响

3.4 法拉第旋转效应对星载InSAR性能的影响

3.5 仿真计算

3.6 本章小结

第四章 星载干涉SAR电离层效应影响校正方法

4.1 引 言

4.2 群-相延迟差分校正方法

4.3 频谱分割校正方法

4.4 基于控制点的改进的频谱分割校正方法

4.5 仿真验证

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作和创新点总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果