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        電離層閃爍對星載P波段SAR的影響分析

        2015-07-12 14:09:05健甄衛(wèi)民吳振森劉
        電子與信息學報 2015年6期
        關(guān)鍵詞:沖激響應電離層方位

        馮 健甄衛(wèi)民吳振森劉 鈍

        ①(西安電子科技大學物理與光電工程學院 西安 710071)

        ②(中國電波傳播研究所 青島 266107)

        電離層閃爍對星載P波段SAR的影響分析

        馮 健*①甄衛(wèi)民②吳振森①劉 鈍②

        ①(西安電子科技大學物理與光電工程學院 西安 710071)

        ②(中國電波傳播研究所 青島 266107)

        電離層閃爍會破壞星載合成孔徑雷達(SAR)回波信號之間的相關(guān)性,使其成像性能下降。已有的工作都是假設已知電離層電子密度的擾動開展的,但是目前的測量手段無法直接獲取該參量。該文利用??谟^測站超高頻(UHF)頻段太陽活動高年和中等年份的實測數(shù)據(jù),分析電離層閃爍的變化特征,并基于相位屏理論,給出一種利用閃爍指數(shù)評估電離層閃爍對星載P波段SAR系統(tǒng)影響效應的方法。結(jié)果表明:電離層閃爍在低緯地區(qū)主要發(fā)生在夜間,且在兩分季高發(fā);太陽活動高年,全年約有3.8%的時間會發(fā)生電離層閃爍現(xiàn)象;對于P波段SAR系統(tǒng)來說,弱閃爍使得方位向沖激響應函數(shù)(IRF)的主瓣寬度和副瓣增益增大,分辨率下降;中等強度閃爍使得方位向沖激響應函數(shù)發(fā)生嚴重的擾動,副瓣增益增大到主瓣的水平,主瓣中心也發(fā)生平移,可能使得系統(tǒng)無法直接成像。

        合成孔徑雷達;電離層閃爍;P波段;相位屏;分辨率

        1 引言

        星載合成孔徑雷達(SAR)具有全天候、全天時、高分辨率成像的能力,已發(fā)展成為一種重要的對地觀測手段[1]。特別是工作在L, C和X波段的SAR系統(tǒng),已經(jīng)獲得了較高的經(jīng)濟和社會效益。不同波段的無線電信號對于不同的目標有不同的散射特性,SAR的波段選擇應與地物目標的特征和尺度相匹配,P波段(400~900 MHz)的無線電信號對植被和土壤有很強的穿透能力[2]。因此,無論在軍事偵察領(lǐng)域,還是在民用的資源勘查、環(huán)境測量和自然災害監(jiān)測等領(lǐng)域中,P波段星載SAR系統(tǒng)都具有廣泛的應用前景,多個國家都在實施星載P波段SAR的研制計劃。例如,歐盟正在實施名為BIOMASS的SAR衛(wèi)星研制計劃。

        對于裝載在衛(wèi)星上的SAR系統(tǒng),當對地面目標成像時,其信號將不可避免地受到電離層的影響。這些影響效應主要分為兩類[3],一類是背景電離層造成的折射、色散和法拉第旋轉(zhuǎn)等效應,另一類是電離層中的小尺度不規(guī)則結(jié)構(gòu)(電離層電子密度的隨機波動或擾動)引起的信號強度、相位和到達角的隨機起伏,即電離層閃爍效應。背景電離層的影響效應與信號路徑上的總電子含量(Total Electron Content, TEC)相關(guān),TEC可以通過SAR信號直接測量[4],或利用外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲得(如利用GPS-TEC測量)[5],也可以利用電離層模型計算得到。電離層閃爍的強度與電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的特性、無線電信號的頻率和幾何路徑等參數(shù)相關(guān),通常利用衛(wèi)星信號對其進行觀測。由于電離層閃爍是一種隨機現(xiàn)象,難以通過建立確定性描述模型的方法進行補償修正。

        在特高頻(VHF)和超高頻(UHF)頻段,當信號穿越電離層時,經(jīng)常會發(fā)生閃爍現(xiàn)象[6]。從對太平洋測試場內(nèi)的ALTAIR雷達(工作頻率為156 MHz和415 MHz)的測量中就發(fā)現(xiàn)有嚴重的閃爍產(chǎn)生。甚至當頻率高到C波段時,偶爾也能觀察到強閃爍事件[7]。因為即使接收信號的微小起伏變化也會降低雷達系統(tǒng)的性能,所以對于P波段SAR系統(tǒng)而言,必須考慮電離層閃爍的影響。

        由于目前尚無在軌運行的P波段SAR系統(tǒng),因此國內(nèi)外學者大都利用仿真分析的方法研究電離層閃爍對星載SAR的影響效應。文獻[8]利用合成天線增益方向圖模擬了電離層閃爍對SAR的影響。文獻[3]在假定一定的電離層擾動下,將電離層的影響引入到星載SAR的點目標擴散函數(shù),分析了電離層對200 MHz~2 GHz范圍內(nèi)星載SAR的影響,并指出電離層湍流(即電離層不規(guī)則體)導致的折射指數(shù)起伏將使星載SAR的方位向分辨率大大降低。文獻[9]利用美國的寬帶閃爍模型(WideBand ionospheric scintillation MODel, WBMOD)預測的不規(guī)則體強度分布,分析了北歐地區(qū)電離層閃爍對歐空局實施的BIOMASS計劃的影響。文獻[10]利用冷等離子體模型(cold plasma model)分析了電離層的色散性對星載SAR的影響,指出電離層的規(guī)則性變化和隨機變化都會影響SAR的分辨率,且認為電離層對方位向分辨率的影響比對距離向分辨率的影響更為嚴重?;诖朔治?,文獻[11]提出利用兩個載波頻率測量地形進行電離層效應修正的方法[1]。國內(nèi)方面,文獻[12]分析得出了電子密度不規(guī)則體多重散射引起的脈沖展寬使星載SAR的距離向分辨率下降。文獻[13]分析了電離層不規(guī)則體對星載SAR方位向分辨率的影響。文獻[14]利用功率譜模型仿真了電離層不規(guī)則體對P波段星載SAR成像性能的影響。另外,文獻[15]分析了背景電離層及其時空變化對中高軌SAR系統(tǒng)圖像質(zhì)量的影響。

        電離層閃爍對星載SAR影響的上述研究都是基于對電離層電子密度波動的假設開展的,但目前電離層閃爍的常規(guī)觀測手段是利用衛(wèi)星信號提取幅度閃爍指數(shù)和相位閃爍[16]。為了把實測的電離層閃爍數(shù)據(jù)和閃爍對SAR的影響效應分析關(guān)聯(lián)起來,本文利用我國海口地區(qū)UHF頻段的實測數(shù)據(jù),分析了低緯地區(qū)電離層閃爍的變化特征;基于文獻[17]的相位屏理論,提出了一種利用閃爍指數(shù)仿真電離層閃爍對SAR成像影響效應的方法;仿真分析了不同強度的電離層閃爍對合成增益的影響,計算了沖激響應寬度(Impulse Response Width, IRW)、峰值旁瓣比(Peak SideLobe Ratio, PSLR)和積分旁瓣比(Integrated SideLobe Ratio, ISLR),用以評估對成像質(zhì)量的影響。

        2 電離層閃爍變化特征分析

        電離層閃爍是由電離層中的小尺度不規(guī)則結(jié)構(gòu)引起的。當無線電信號穿越電離層傳播時,受電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的影響,信號的振幅、相位等會產(chǎn)生短周期不規(guī)則變化,稱作電離層閃爍。電離層閃爍影響的無線電頻段從幾十MHz到十GHz。電離層閃爍現(xiàn)象導致的信號幅度、相位的隨機起伏,輕則會使衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導航、目標監(jiān)測和星載SAR等各種地空信息系統(tǒng)的性能下降,嚴重時可造成信號中斷,使系統(tǒng)無法工作。在地理區(qū)域上,有兩個閃爍高發(fā)區(qū)[18]。一個集中在以磁赤道為中心±20°的低緯區(qū)域,該地區(qū)的電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要是由碰撞型瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor)不穩(wěn)定性引起的。另一個在高緯地區(qū),閃爍在極光帶及其附近特別強,在極蓋區(qū)也會發(fā)生閃爍。高緯地區(qū)閃爍的發(fā)生比近赤道閃爍更加無規(guī)律,一般認為高緯地區(qū)的電子密度不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要是由于電磁場梯度漂移不穩(wěn)定引起的。我國南方地區(qū),特別是臺灣、福建、廣東、廣西、海南及南海地區(qū),均處在磁赤道異常區(qū)的峰值區(qū)域,其閃爍出現(xiàn)率和嚴重程度較磁赤道和極區(qū)都顯著,在全球范圍內(nèi)是電離層閃爍衰落出現(xiàn)最頻繁、影響最嚴重的地區(qū)之一[19]。

        地基電離層閃爍觀測技術(shù)通過測量不規(guī)則結(jié)構(gòu)對無線電信號的效應來實現(xiàn)對電離層中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)信息的獲取,它主要包括衛(wèi)星信標測量、雷達和垂測儀等。其中,衛(wèi)星信標測量是目前電離層閃爍的主要觀測手段,它通過在地面接收衛(wèi)星信標信號的強度和相位,實現(xiàn)閃爍的測量。它的優(yōu)勢是被動接收信號、布站簡單,可以長時間連續(xù)監(jiān)測指定地區(qū)的電離層閃爍情況。

        描述電離層閃爍強弱的參量稱為電離層閃爍指數(shù)。目前,最為常用的為幅度閃爍指數(shù)S4,它定義為一定時間間隔(典型的為1 min)內(nèi),接收到的信號強度的歸一化方差,即

        式中,I為信號的強度,符號<?>表示計算均值。

        理論分析表明,當多重散射不重要時,尺度量級為第1個菲涅耳帶的不規(guī)則結(jié)構(gòu)對引起振幅閃爍起主要作用。若電離層不規(guī)則性具有冪律譜,即

        ΦΔN為電離層電子密度漲落的功率譜,k為波數(shù),q為譜指數(shù)。并且,在電離層不規(guī)則體的外尺度遠大于菲涅耳帶的情況下,S4與無線電波的波長λ和頻率f的關(guān)系為

        閃爍指數(shù)對電波頻率的上述依賴關(guān)系已經(jīng)在許多實驗中觀測到,一次閃爍事件中,相同的電離層擾動水平對不同頻率的無線電信號造成的影響是不同的。相比于L波段來說,P波段SAR系統(tǒng)受電離層閃爍的影響更加嚴重。為了評估P波段SAR系統(tǒng)的可用性,應選擇頻率相近的閃爍測量結(jié)果進行參考。目前,國際上關(guān)于這個頻段的閃爍測量較少,為此本文利用UHF頻段衛(wèi)星信號的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析了我國??诘貐^(qū)的閃爍變化特征。

        由于電離層閃爍發(fā)生的頻次和強弱與太陽活動程度有關(guān),本文分析了2005年(太陽活動中等年份)和2013年(太陽活動高年)海口地區(qū)UHF頻段電離層閃爍的變化特征。在數(shù)據(jù)處理時,判別條件為:閃爍指數(shù)大于0.1且持續(xù)10 min以上,視為一次閃爍事件。

        觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明,??诘貐^(qū)的電離層閃爍事件主要發(fā)生在夜間20:00以后,凌晨4:00以前。在所有的閃爍事件中,僅有一次發(fā)生在6:30 ~7:50。圖1以2013年5月27日夜間至28日凌晨間觀測數(shù)據(jù)為例給出了一次事件中閃爍指數(shù)的變化情況。

        由圖1可知,27日夜間至28日凌晨期間,??诘貐^(qū)發(fā)生了一次強烈的閃爍事件,閃爍指數(shù)大多為0.8左右,甚至超過了1。此次事件大約20:50開始,到次日凌晨3:30左右結(jié)束,歷時大約7 h個小時。

        為了得出閃爍的逐日變化,統(tǒng)計了每天的閃爍發(fā)生率。這里,閃爍發(fā)生率定義為

        圖2和圖3分別給出了2005年和2013年每天的閃爍發(fā)生率。2005年期間共有31天發(fā)生了閃爍,且主要集中在春分附近的3月,4月,6月,8月,9月,11月和12月中無閃爍事件發(fā)生。2013年共有156天發(fā)生了閃爍,除了1月份沒有發(fā)生閃爍外,其余11個月都發(fā)生了閃爍,發(fā)生事件最多的為春分附近的3月,4月和秋分附近的9月,10月份。

        電離層閃爍強度分布方面,統(tǒng)計得出了2005年和2013年的閃爍指數(shù)累計概率分布,如圖4所示。由于2005年閃爍事件較少,閃爍指數(shù)大于0.1的時間約占全年的0.67%。2013年閃爍指數(shù)大于0.1的時間約占全年的3.84%,大于0.5的時間也達到了2.22%。

        3 仿真方法

        對于星載P波段SAR來說,小尺度的電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)(電離層閃爍)將在方位向造成隨機的相位誤差,從而使合成孔徑內(nèi)的相位相干性減弱,使方位向沖激響應函數(shù)的主瓣寬度增大,從而降低了方位向分辨率。因此電離層閃爍對SAR分辨率的仿真可分為兩步:首先,仿真電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)造成的相位變化;然后,仿真相位擾動對分辨率的影響。

        電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)對信號相位的影響仿真是本工作的關(guān)鍵。如前所述,目前能直接獲取的觀測量為電離層閃爍指數(shù)。若能把電離層閃爍指數(shù)與相位變化聯(lián)系起來,便可以利用不同地區(qū)不同年份的閃爍指數(shù)觀測數(shù)據(jù)對SAR的系統(tǒng)可用性進行評估。本文正是基于這個需求,發(fā)展了一種仿真方法,主要過程描述如下。

        圖1 UHF頻段電離層閃爍指數(shù)變化情況

        圖2 2005年閃爍發(fā)生率的逐日變化

        圖3 2013年閃爍發(fā)生率的逐日變化

        圖4 2005年和2013年閃爍指數(shù)累計概率分布

        相位屏理論廣泛地用于研究電離層、行星際介質(zhì)和星際介質(zhì)的閃爍問題,它假定隨機介質(zhì)集中在一塊薄屏內(nèi),無線電波被一個使其相位發(fā)生變化的不規(guī)則屏衍射,當電波通過不規(guī)則層時,電離層的作用好像是一個改變相位的屏幕,它僅僅改變波的相位[17]。

        由文獻[17]可知,相位譜為

        這里,re為經(jīng)典電子半徑,L為不規(guī)則結(jié)構(gòu)的厚度,θ為入射角,Cs為電離層不規(guī)則結(jié)構(gòu)的擾動強度,p為相位譜指數(shù),Γ(·)為歐拉伽馬函數(shù),υeff為有效掃描速度,lo為外尺度。G為幾何因子,與不規(guī)則體的結(jié)構(gòu)參數(shù)、電波與不規(guī)則結(jié)構(gòu)的相對位置和磁傾角等有關(guān),其詳細描述可參考文獻[17]。

        由式(5)~式(6)可得

        由式(8)可知,若要仿真出不同擾動電離層環(huán)境下相位的變化,必須先獲知不規(guī)則結(jié)構(gòu)擾動強度Cs,但是Cs無法直接測量得到。文獻[9]在分析電離層閃爍對BIOMASS的影響時,采用了WBMOD模型給出的不規(guī)則體強度的預測值。

        為了把電離層閃爍幅度閃爍指數(shù)與相位變化聯(lián)系起來,可作的處理為:

        不考慮多重散射,幅度閃爍指數(shù)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)擾動強度的關(guān)系為

        其中,

        其中,zR=zzs/(z+zs), z和zs分別為電離層相位屏高度到地面接收機和發(fā)射源的距離。

        傳播幾何因子F為

        由式(8)和式(9)可得到

        式(12)給出了幅度閃爍指數(shù)S4與相位譜的關(guān)系。

        當不規(guī)則性很強時,考慮多重散射,則閃爍指數(shù)表示為

        把式(13)代入到式(12),便可以得到幅度漲落飽和時閃爍指數(shù)與相位譜的關(guān)系。

        當SAR信號受到電離層閃爍的影響時,整個合成孔徑內(nèi),方位向回波的相位歷程為

        其中,V為衛(wèi)星的等效速度,Na為方位向采樣點數(shù),η為方位向慢時間,R0為最短斜距,?(n)為電離層閃爍造成的SAR信號相位擾動。

        參考函數(shù)的相位歷程為

        進行方位向匹配濾波:

        利用上述方法便可以分析不同強度的電離層閃爍對星載SAR信號方位向聚焦的影響。

        4 仿真結(jié)果

        為了仿真不同強度的電離層閃爍對P波段SAR的成像影響,本文采用了文獻[8]提出的仿真模型,即沖激響應函數(shù)的幅度為

        其中,wn為權(quán)重函數(shù),k=2πf/c , d為地面上的方位向距離,a為衛(wèi)星軌道上的脈沖重復間隔,R為SAR到目標的距離,?n為相位的擾動(這里為電離層閃爍造成的相位起伏),各參量的具體描述可參考文獻[8,9]的仿真模型。

        然后,計算沖激響應函數(shù)的增益:

        利用G(d),便可以得出SAR系統(tǒng)的圖像質(zhì)量參數(shù),如IRW, PSLR和ISLR等,實現(xiàn)對成像質(zhì)量的評估。本文所用的仿真方法,僅考慮了電離層閃爍對星載SAR沖激響應函數(shù)的影響,沒有考慮星地速度之比、處理的加權(quán)展寬和方向圖寬度系數(shù)等其它參數(shù)對星載SAR圖像的影響效應。

        仿真中,本文選取的系統(tǒng)參數(shù)和電離層參數(shù)如表1所示。

        表1 仿真參數(shù)

        分別計算得出了理想狀態(tài)(無電離層影響)合成增益仿真結(jié)果(圖5所示),S4分別為0.03(無閃爍發(fā)生)、0.10(弱閃爍)和0.30(中等強度閃爍)下,相位屏得出的相位分布和合成增益的仿真結(jié)果(圖6、圖7和圖8所示),以及IRW, PSLR, ISLR的計算結(jié)果(如表2所示),用以評估對成像質(zhì)量的影響。

        圖5為理想狀態(tài)下,即式(17)中的?n為0時,方位向合成增益仿真結(jié)果。由表2的仿真結(jié)果可知,理想狀態(tài)下,沖激響應寬度為5.9984 m,峰值旁瓣比為13.3531 dB

        ?,積分旁瓣比為10.1657 dB?

        。因此,無電離層影響情況下,SAR的方位向分辨率等于理論計算值,為天線在方位向上尺度的一半。

        圖6為S4取0.03時利用相位屏仿真得出的相位分布和合成增益的仿真結(jié)果。由圖6(a)可知,S4為0.03時SAR信號的相位起伏很小。因此,沖激響應函數(shù)的形狀與理想情況下的相似,如圖6(b)所示。進一步,由表2中的IRW, PSLR和ISLR計算結(jié)果可知,此時電離層閃爍對點目標的成像質(zhì)量影響很小,基本上可以忽略。?3.2915 dB 。

        圖5 理想情況下(無電離層影響)的方位向合成增益圖

        表2 仿真結(jié)果

        圖8(a)為中等強度電離層閃爍(S4取0.30)造成的相位起伏,可以看出此時相位發(fā)生了明顯的起伏。圖8(b)為S4等于0.30時的合成增益仿真結(jié)果。由仿真結(jié)果可知,當發(fā)生中等強度的電離層閃爍時,沖激響應函數(shù)出現(xiàn)了嚴重的擾動,IRW增大至8.1617 m;副瓣增益增大至了主瓣增益水平;并且,主瓣發(fā)生移動,中心平移了12.22 m。

        大量的仿真結(jié)果表明,電離層閃爍對P波段SAR系統(tǒng)的影響較為嚴重,當閃爍指數(shù)大于0.10時便會使方位向分辨率、峰值旁瓣比和積分旁瓣比等指標下降,影響系統(tǒng)工作;當閃爍指數(shù)大于0.30時,沖激響應函數(shù)出現(xiàn)嚴重擾動,可能使得系統(tǒng)無法直接成像。由第2節(jié)電離層閃爍統(tǒng)計特征可知,對于??诘貐^(qū)而言,P波段星載SAR系統(tǒng)在該地區(qū)受電離層閃爍現(xiàn)象影響的時間主要在地方時的20:00到凌晨4:00的時段內(nèi);春分附近的3月,4月份和秋分附近的9月,10月份是閃爍事件的高發(fā)季節(jié),相應的SAR系統(tǒng)可用性受到的影響最大;在太陽活動高年,全年約有3.8%的時間會發(fā)生大于0.10的閃爍,將影響到SAR系統(tǒng)的工作性能。因此在星載SAR系統(tǒng)設計時,應考慮電離層閃爍的變化特征,通過合理的衛(wèi)星軌道設計減少電離層閃爍的影響。

        圖7(a)為弱電離層閃爍(S4取0.10)引起的SAR信號相位擾動仿真結(jié)果,與圖6(a)對比可知,此時相位已經(jīng)發(fā)生了一定的擾動。相位擾動造成的合成增益變化情況如圖7(b)所示,與理想狀態(tài)相比,沖激響應函數(shù)出現(xiàn)了明顯的擾動,IRW增大至7.8738 m;副瓣增益增大,PSLR 為?4.4088 dB, ISLR 為

        圖6 無電離層閃爍情況下(S4取0.03)的仿真結(jié)果

        圖7 弱電離層閃爍情況下 (S4取0.10)的仿真結(jié)果

        圖8 中等強度電離層閃爍情況 下(S4取0.30)的仿真結(jié)果

        5 結(jié)束語

        電離層閃爍會破壞星載SAR系統(tǒng)回波信號之間的相關(guān)性,從而使得方位向分辨率降低。以前的工作都是基于對電離層電子密度擾動水平的假設開展的,但電子密度擾動參數(shù)無法直接測量。為了評估不同強度的電離層閃爍對P波段SAR方位向分辨率的影響,本文統(tǒng)計分析了海口觀測站的UHF頻段電離層閃爍的特征,并給出了一種利用閃爍指數(shù)評估SAR成像質(zhì)量的方法。結(jié)論為:(1)在低緯地區(qū)電離層閃爍主要發(fā)生在夜間,并且在春分和秋分高發(fā),太陽活動高年,全年約有3.8%的時間會發(fā)生電離層閃爍;(2)基于描述電離層閃爍的經(jīng)典理論-相位屏理論,建立了電離層閃爍指數(shù)與相位譜之間的關(guān)系,用于評估電離層閃爍對P波段SAR系統(tǒng)的影響效應;(3)對于P波段SAR系統(tǒng)來說,弱閃爍使得SAR方位向分辨率下降,中等強度閃爍可能使得系統(tǒng)無法直接成像;(4)與電離層閃爍的變化特征相對應,星載SAR系統(tǒng)在低緯地區(qū)的可用性在兩分季夜間受到的影響最大,太陽活動高年SAR系統(tǒng)的可用性將進一步降低。

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        馮 ?。?男,1981年生,高級工程師,博士生,研究方向為雷達與導航系統(tǒng)中的電波傳播和電離層物理等.

        甄衛(wèi)民: 男,1963年生,研究員,博士生導師,研究方向為空間環(huán)境、電磁環(huán)境和衛(wèi)星導航應用技術(shù)等.

        吳振森: 男,1946年生,教授,博士生導師,研究方向為隨機介質(zhì)中電磁(光)波傳播和散射、目標激光散射特性等.

        劉 鈍: 男,1973年生,高級工程師,研究方向為衛(wèi)星導航應用技術(shù)和空間環(huán)境對信息系統(tǒng)的影響評估等.

        Effects of Ionospheric Scintillation on P Band Spaceborne SAR

        Feng Jian①Zhen Wei-min②Wu Zhen-sen①Liu Dun②

        ①(School of Physics and Optoel Ectronic Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China)

        ②(China Research Institute of Radiowave Propagation, Qingdao 266107, China)

        The ionospheric scintillation can destroy the coherence of SAR echos, and correspondingly degrade SAR imaging performance. The previous studies are conducted under the hypothesis of the given ionospheric electron density irregularities, which are unavailable with the current measurement technologies. In this paper, the characteristics of ionospheric scintillations at low latitudes are analysed by using the observational data of Ultra High Frequency (UHF) band scintillations in the years of high and moderate solar activity at Haikou station. Based on the phase screen theory, a method is proposed to quantify the effects of ionospheric scintillation on P-band spaceborne SAR by using the scintillation index. The results show that the scintillations occur mostly at the night time at low latitudes, especially in equinoxes. The scintillations occur approximately 3.8% during a typical year of high solar activity. For P band SAR, the weak scintillation widens the mainlobe of azimuthal Impulse Response Function (IRF), increases the intensity of sidelobe, and reduces the azimuthal resolution. The moderate scintillation disturbs the IRF seriously, increases the intensity of sidelobe to the degree of mainlobe, and makes the peak of mainlobe shift in azimuthal direction, which can result in the disability of SAR imaging.

        SAR; Ionospheric scintillation; P band; Phase screen; Resolution

        TN958

        : A

        :1009-5896(2015)06-1443-07

        10.11999/JEIT140948

        2014-07-17收到;2014-11-05改回

        國家國際科技合作專項(2011DFA22270)資助課題

        *通信作者:馮健 fengjian428@163.com

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