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申请/专利权人：西安电子科技大学

摘要：一种基于多子带融合处理的电离层空变TEC测量方法，先进行距离向快速傅里叶变换，再计算距离向带宽采样点数，然后计算距离向频谱子带数据带宽采样点数，再沿距离向频谱分割处理，计算各极化通道频谱子带数据矩阵；然后进行距离向快速逆傅里叶变换；再估计各子带图像所含法拉第旋转角；最后获取空变TEC测量结果；本发明利用长波长全极化星载SAR对电离层效应误差敏感性高的特点，通过频域多子带法拉第旋转角估计及融合处理，能够实现全球范围内电离层空变TEC精确测量，其测量精度优于0.003TECU，分辨率优于70m。

主权项：1.一种基于多子带融合处理的电离层空变TEC测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：距离向快速傅里叶变换；针对全极化SAR获取的四个极化通道图像数据SHH、SHV、SVH、SVV，沿每个方位采样时刻按行进行快速傅里叶变换FFT，得到距离向频谱数据SHH-F、SHV-F、SVH-F、SVV-F；所述的步骤一具体为：设全极化SAR获取的四个极化通道数据SHH、SHV、SVH、SVV分别为： 式中，表示HH通道图像中第1,1个像素的数值，表示HH通道图像中第1,Nr个像素的数值，表示HH通道图像中第Na,1个像素的数值，表示HH通道图像中第Na,Nr个像素的数值；表示HV通道图像中第1,1个像素的数值，表示HV通道图像中第1,Nr个像素的数值，表示HV通道图像中第Na,1个像素的数值，表示HV通道图像中第Na,Nr个像素的数值；表示VH通道图像中第1,1个像素的数值，表示VH通道图像中第1,Nr个像素的数值，表示VH通道图像中第Na,1个像素的数值，表示VH通道图像中第Na,Nr个像素的数值；表示VV通道图像中第1,1个像素的数值，表示VV通道图像中第1,Nr个像素的数值，表示VV通道图像中第Na,1个像素的数值，表示VV通道图像中第Na,Nr个像素的数值；针对四个极化通道图像数据，沿每个方位采样时刻按行进行快速傅里叶变换FFT，得到距离向频谱数据SHH-F、SHV-F、SVH-F、SVV-F分别为： 式中，表示HH通道距离向频谱数据中第1,1个像素的数值，表示HH通道距离向频谱数据中第1,Nr个像素的数值，表示HH通道距离向频谱数据中第Na,1个像素的数值，表示HH通道距离向频谱数据中第Na,Nr个像素的数值；表示HV通道距离向频谱数据中第1,1个像素的数值，表示HV通道距离向频谱数据中第1,Nr个像素的数值，表示HV通道距离向频谱数据中第Na,1个像素的数值，表示HV通道距离向频谱数据中第Na,Nr个像素的数值；表示VH通道距离向频谱数据中第1,1个像素的数值，表示VH通道距离向频谱数据中第1,Nr个像素的数值，表示VH通道距离向频谱数据中第Na,1个像素的数值，表示VH通道距离向频谱数据中第Na,Nr个像素的数值；表示VV通道距离向频谱数据中第1,1个像素的数值，表示VV通道距离向频谱数据中第1,Nr个像素的数值，表示VV通道距离向频谱数据中第Na,1个像素的数值，表示VV通道距离向频谱数据中第Na,Nr个像素的数值；FFT·表示对二维矩阵的每行数据进行快速傅里叶变换；步骤二：计算距离向带宽采样点数；根据雷达系统参数，计算距离向带宽采样点数Num_Bw；步骤三：计算距离向频谱子带数据带宽采样点数；根据频谱子带分割数N，计算频谱子带数据所包含带宽采样点数Num_sub；步骤四：沿距离向频谱分割处理，计算各极化通道频谱子带数据矩阵；结合步骤二及步骤三计算得到的距离向带宽采样点数Num_Bw以及频谱子带带宽采样点数Num_sub，针对四个极化通道的距离向频谱数据SHH-F、SHV-F、SVH-F、SVV-F，分别利用频谱分割处理，计算四个极化通道各自对应的N个频谱子带数据矩阵；所述的步骤四具体为：4.1针对HH极化通道数据，将原始数据带宽频谱等分为N份，构造N个频谱子带数据矩阵，其大小均为Na×Nr，其中第n个频谱子带数据矩阵为： 其中1≤n≤N，式中，表示HH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于HH极化通道距离向频谱数据矩阵SHH-F中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示HH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于HH极化通道距离向频谱数据矩阵SHH-F中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；表示HH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于HH极化通道距离向频谱数据矩阵SHH-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示HH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于HH极化通道距离向频谱数据矩阵SHH-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；4.2针对HV极化通道数据，将原始数据带宽频谱等分为N份，构造N个频谱子带数据矩阵，其大小均为Na×Nr，其中第n个频谱子带数据矩阵为： 其中1≤n≤N，式中，表示HV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于HV极化通道距离向频谱数据矩阵SHV-F中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示HV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于HV极化通道距离向频谱数据矩阵SHV-F中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；表示HV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于HV极化通道距离向频谱数据矩阵SHV-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示HV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于HV极化通道距离向频谱数据矩阵SHV-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；4.3针对VH极化通道数据，将原始数据带宽频谱等分为N份，构造N个频谱子带数据矩阵，其大小均为Na×Nr，其中第n个频谱子带数据矩阵为： 其中1≤n≤N，式中，表示VH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于VH极化通道距离向频谱数据矩阵SVH-F中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示VH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于VH极化通道距离向频谱数据矩阵SVH-F中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；表示VH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于VH极化通道距离向频谱数据矩阵SVH-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示VH极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于VH极化通道距离向频谱数据矩阵SVH-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；4.4针对VV极化通道数据，将原始数据带宽频谱等分为N份，构造N个频谱子带数据矩阵，其大小均为Na×Nr，其中第n个频谱子带数据矩阵为： 其中1≤n≤N，式中，表示VV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于VV极化通道距离向频谱数据矩阵SVV-F中第1，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值；表示VV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于VV极化通道距离向频谱数据矩阵SVV-F中第1，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；表示VV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n-1·Num_sub个像素的数值，其值等于VV极化通道距离向频谱数据矩阵SVV-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+1+n+1·Num_sub个像素的数值；表示VV极化通道第n个频谱子带数据矩阵中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值，其值等于VV极化通道距离向频谱数据矩阵SVV-F中第Na，Nr2-Num_Bw2+n·Num_sub个像素的数值；步骤五：距离向快速逆傅里叶变换；根据步骤四计算得到的四个极化通道各自对应的N个频谱子带数据矩阵，分别沿每个方位采样时刻按行快速逆傅里叶变换IFFT处理，获取四个极化通道各自对应的N个距离向子带图像数据；步骤六：估计各子带图像所含法拉第旋转角；分别选取每个子带对应的四个极化通道子带图像数据，通过线性组合得到一组正交圆极化波信号Z12和Z21，通过该组正交圆极化波信号共轭相乘取幅角FRtemp，对FRtemp进行平滑处理后得到法拉第旋转角估计值FR，遍历第1至第N组子带图像得到所有子带图像对应的法拉第旋转角估计值FR1、FR2、…FRN；步骤七：获取空变TEC测量结果；根据雷达系统参数，计算各子带图像所对应中心频率f0，利用法拉第旋转角与TEC线性对应关系分别计算各子带图像所含空变TEC值，采用平均处理获取最终空变TEC测量结果。

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