第七届青年地学论坛

星载合成孔径雷达（SAR）一般运行在700公里，而电离层范围在60-1000公里，雷达信号不可避免要两次穿其而过。根据电离层特性，其会对低频雷达（L波段以下）产生明显影响，主要包括色散、闪烁以及法拉第旋转角，从而严重影响SAR系统指标。目前在轨的ALOS PALSAR（L波段）以及在研的BIOMASS SAR（P波段）均需要考虑电离层问题，相关的补偿研究也被列为核心技术之一。相比于利用第三方电离层数据，基于雷达回波自补偿研究即提升了星载SAR系统使用效能，减少成本，也能更加精确地补偿系统误差。本文从上述三类影响分别论述电离层问题：大尺度电离层色散特性会引起回波时延，从而影响SAR距离向成像质量，可基于自适应迭代方法进行补偿；大尺度电离层色散以及地磁场的共同作用会改变线极化信号偏振方向，产生法拉第旋转角误差，基于全极化SAR散射矩阵数据，可提取路径上的法拉第旋转角信息，从而对极化信号进行补偿。另一方面，所得到的法拉第旋转角信息能进一步获取TEC值，补偿第一类色散影响。此外，结合SAR的高分辨率特性，其能够为电离层本身研究提供一种新的手段, 有效提升现有电离层探测能力；中小尺度不规则体会引起电离层回波的随机抖动，最终影响SAR方位向成像质量，这也是目前国际上相关研究的难点，基于相位梯度自聚焦（PGA）算法，可一定程度恢复成像质量，但此方法需要成像场景具有强散射点且适用于弱闪烁。因此，电离层闪烁补偿仍需更加深入的研究。另一种策略是将卫星轨道设计为晨昏轨道，以此最大程度规避电离层闪烁高发期，可最大程度降低电离层闪烁对低频星载SAR系统的影响。
 

电离层,Synthetic aperture radar (SAR)