基于SAR技术的电离层反演及其应用研究.pdf

第 卷第期测绘学报V o l ,N o 年月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c aJ u n e,引文格式:李冰基于S A R技术的电离层反演及其应用研究J测绘学报,():D O I:/j A G C S L IB i n g R e s e a r c ho n i o n o s p h e r e i n v e r s i o na n d i t sa p p l i c a t i o n sb a s e do nS A Rt e c h n i q u e sJ A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,():D O I:/j A G C S 基于S A R技术的电离层反演及其应用研究李冰,武汉轻工大学数学与计算机学院,湖北 武汉 ;武汉大学中国南极测绘研究中心,湖北武汉 RR ee ss ee aa rr cc hh oo nnii oo nn oo ss pp hh ee rr eeii nn vv ee rr ss ii oo nn aa nn dd ii tt ss aa pp pp ll ii cc aa tt ii oo nn ss bb aa ss ee dd oo nn SS AA RRtt ee cc hh nn ii qq uu ee ssLL IIBB ii nn gg,S c h o o lo fM a t h e m a t i c s&C o m p u t e rS c i e n c e,W u h a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h a n ,C h i n a;C h i n e s eA n t a r c t i cC e n t e ro fS u r v e y i n ga n dM a p p i n g,W u h a nU n i v e r s i t y,W u h a n ,C h i n a低频S A R系统因其较强的穿透能力受到广泛重视,然而,对高频S A R系统影响很小的电离层误差在低频S A R系统中却不容忽视,电离层误差的有效改正逐渐成为低频S A R系统高精度应用的必要条件.与此同时,低频S A R系统作为反演电离层的一种手段,可以实现高分辨率、高精度的电离层参数反演,能够极大地提高电离层特征与变化的探测能力.论文围绕低频S A R数据处理中的电离层误差问题,开展基于S A R的电离层反演算法的研究,并将S A R与G P S联合进一步提高电离层反演精度,从而弥补当前电离层观测手段对于中小尺度电离层不均匀结构和扰动变化探测能力的不足,校正S A R数据及产品的电离层误差,提高S A R的测量精度.主要工作如下.()系统归纳了S A R电离层反演、探测和误差校正的研究现状,总结了当前S A R电离层研究存在的问题.全面分析了电离层对星载S A R测量的影响,包括S A R影像获取过程中的S A R影像畸变、距离延迟/相位超前、法拉第旋转等,也包括电离层对I n S A R测量产生的影响.()推导了基于极化相干矩阵的法拉第旋转估计算法,在此基础上,联合A p p l e t o n H a r t r e e公式提出了基于极化相干矩阵的法拉第旋转电离层反演方法,结合实测S A R数据验证了算法的可靠性.()针对S A R电离层反演结果与电离层研究中采用的坐标系统不匹配的问题,基于S A R卫星轨道坐标点与影像像元行的一一对应关系,建立了S A RT E C像元坐标由地面向电离层薄层映射的转换模型,实现了反演结果坐标系的有效转换.()利用所提反演方法对南极和赤道区域电离层进行反演,将电离层空间分辨率从传统监测手段测得的百千米级别提高至百米级别.分别采用全球电离层模型和区域电离层模型对反演结果精度进行评估.结果表明,S A RT E C与G P ST E C差值低至个T E C U,利用S A R电离层反演方法可以得到高分辨率、高精度的电离层反演结果.()提出了基于法拉第旋转反演的I n S A R电离层相位补偿方法,建立了电离层效应补偿的相应流程.以电离层扰动频繁发生的高纬度和赤道地区为例,验证了法拉第旋转反演方法的有效性.将结果与裂谱法I n S A R电离层校正结果进行了对比.结果表明,法拉第旋转反演方法与相位解缠无关且不受距离向信号带宽的限制,得到的电离层相位噪声更低,电离层补偿效果更好.()利用时序I n S A R技术探究了电离层活跃地区的地表沉降,以位于电离层赤道异常区的南宁地区为例开展了 相 关 分 析.分 别 采 用 水 准 和GN S S测 量 数 据 对I n S A R反演结果的可靠性进行了验证.结果表明,经过有效的电离层误差改正后,时序I n S A R结果和水准测量结果差值的均方根误差为mm/a,与GN S S时序结果差值的均方根误差为mm,达到了较高的反演精度.中图分类号:P 文献标识码:D文章编号:()基金项目:国家自然科学基金(;);武汉大学地球空间环境与大地测量教育部重点实验室开放基金();武汉轻工大学校立科研项目(Y )收稿日期:作者简介:李冰(),男,年月毕业于武汉大学,获工学博士学位(指导教师:王泽民教授),研究方向为合成孔径雷达干涉测量.AA uu tt hh oo rr:L IB i n g(),m a l e,r e c e i v e dh i sd o c t o r a ld e g r e ef r o m W u h a nU n i v e r s i t yo nJ u n e ,m a j o r s i ns y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r i n t e r f e r o m e t r y EE mm aa ii ll:b i n g l e e w h p u e d u c n