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低频极化SAR数据中电离层法拉第旋转角的反演

DOI:10.1109/ACCESS.2018.2888928 期刊:IEEE Access 出版年份:2018 更新时间:2025-09-23 15:23:52
摘要: 一种工作于低频段(如L波段或P波段)的星载合成孔径雷达(SAR)系统,在军事目标探测和生物量监测方面具有显著优势。然而与高频系统相比,其更容易受到电离层效应的影响。本文建立了跨电离层波传播模型以量化电离层对SAR信号的作用。作为极化SAR(PolSAR)的主要畸变源之一,法拉第旋转(FR)主要由背景电离层引起,本文探讨了其空间变化特性。虽然相继提出了多种FR角度(FRA)估计方法且仍可推导新型估计器,但从理论表达式角度看,最早提出的估计器必然是最优解。基于PolSAR实测数据,通过综合分析估计偏差与标准差(而非现有均方根原则),进一步验证了该数学结论。最后提出FRA分布图的逐步生成流程,并采用机载P波段PolSAR数据进行应用验证,特别模拟并解决了SAR观测中FRA估计的模糊误差问题。通过处理ALOS-2实测数据,反演出FRAs的空间分布图并用于电离层总电子含量探测。
作者: YIFEI JI,YONGSHENG ZHANG,QILEI ZHANG,ZHEN DONG,BAIDONG YAO
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研究概述 实验方案 设备清单

为研究低频极化合成孔径雷达数据中电离层法拉第旋转角的反演,包括建立电离层效应模型、评估法拉第旋转角估算方法,以及绘制用于电离层探测的空间法拉第旋转角分布图。

基于理论分析与综合性能评估,B&B FR估计器被确认为最优方案。分步FRA映射流程能有效反演空间FRA分布,经模拟与实测数据验证。该方法可实现电离层TEC探测,从而减轻电离层效应对PolSAR数据的影响,支持目标检测和生物量监测等应用。

该研究在某些部分假设了理想条件,例如模型中仅考虑法拉第旋转而忽略了其他电离层效应。对外部数据库(IGRF、IRI)的依赖可能导致不准确性。FR估计器的性能是在特定系统扰动下评估的,实际条件可能有所不同。模糊度校正方法可能并非对所有场景都完全稳健,尤其是在复杂的电离层环境中。

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