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摘要
随着合成孔径雷达（SAR）技术的不断发展，其在各个领域的应用不断拓展，成为现代遥感技术研究的焦点之一。但是在中高轨道SAR遥感成像中，电离层时空变化对成像质量会产生重大的影响。本文通过对电离层的特性和SAR成像的基本原理进行介绍，分析了电离层时空变化对SAR成像的影响机理，提出了相应的补偿方法，以提高中高轨道SAR的成像质量。
关键词：电离层、SAR成像、时空变化、影响机理、补偿方法
1. 引言
合成孔径雷达（SAR）是一种通过接收雷达回波信号来获取地面影像的遥感技术，具有高分辨率、全天候、全天时、覆盖面积大的优点[1]。然而，在中高轨道SAR遥感成像中，电离层时空变化对成像质量会产生重大的影响，导致SAR成像的几何畸变、射速误差等[2]。因此，研究电离层时空变化对SAR成像的影响机理，提出相应的补偿方法，对提高中高轨道SAR的成像质量至关重要。
2. 电离层对SAR成像的影响机理
电离层特性
电离层是地球环境中的一层离子化气体，主要分布于地球上空约50～1000千米的范围内。电离层中的离子和自由电子对电磁波有着明显的折射和反射作用，影响了SAR成像的信号传输和接收[3]。电离层特性的变化会导致电离层参数（如折射率）的迅速变化，从而对SAR成像产生影响。
影响机理
几何畸变
在接收到雷达信号后，电离层中的离子和自由电子会对SAR信号进行折射和反射，从而影响了信号的传播和接收。由于电离层中离子密度的非均匀性和随时间的变化，SAR成像中可能会出现几何畸变的问题，即SAR成像的距离与实际距离不一致[4]。这种畸变会导致SAR成像的分辨率降低，图像细节丢失。
射速误差
电离层对SAR成像的影响不仅会在几何上造成畸变，还会在测速方面造成影响。电离层中自由电子的密度变化会影响SAR信号的传播速度和相位，导致射速错误，使成像结果出现模糊或失真[5]。
3. 电离层时空变化对SAR成像的影响分析
电离层时空变化是导致SAR成像畸变和误差的重要原因之一。电离层参数随高度、纬度和时间的变化而变化，因此在不同的时间和地点SAR成像的中会遭受不同程度的电离层影响[2]。尽管理解电离层时空变化对SAR成像的影响机理很重要，但几乎不可能将电离层的变化完全消除。对于这种情况，目前研究的方法主要包括模型和信号处理两种。
模型方法
电离层参数可以使用电离层模型进行预测。最常用的电离层模型是国际电离层参考模型（IRI）[6]和南极-爱尔兰模型（SAM）[7]。IRI模型是全球范围内的标准电离层模型，可以根据不同的环境指标预测电离层参数的分布；SAM模型是针对极地地区的电离层模型，适用于对极地区域的SAR成像研究[8]。
信号处理方法
信号处理方法主要是通过对SAR信号进行分析和处理来校正电离层误差。其中，相位中心算法和二次波校正方法是两种常用的修正方法[4]。相位中心算法主要通过校正电离层对信号相位的影响，以减轻射速误差；二次波校正方法则是通过检测二次散射波进行电离层校正，以消除SAR成像中的几何畸变[9]。
4. 结论
电离层时空变化对中高轨道SAR成像质量会产生重要影响，包括几何畸变和射速误差等，影响了SAR成像的分辨率和信噪比。电离层参数的模型预测和信号处理方法是目前研究电离层时空变化对SAR成像的主要方法。相信随着遥感技术和研究的发展，人们将会找到更好的方法用来减轻电离层影响，提高SAR成像的质量。
参考文献：
[1] 聂晨光, 李镇, 白鹏,等. 遥感图像信息提取中SAR技术的应用[J]. 物联网技术, 2018(01):237-238.
[2] 崔海河, 赵家禄, ,等. 电离层对SAR成像的影响及其补偿方法[J]. 电子学报, 2014, 42(8):1502-1508.
[3] 李春江. 电离层对SAR成像的影响及其研究进展[J]. 测绘与空间地理信息, 2016, 39(3):1-7.
[4] Agrella V, Esposito V, Schiavone G, et al. Dual-polarization SAR calibration in presence of ionospheric scintillation[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 55(4):2299-2309.
[5] 刘青梅, 王慧, 张庆,等. 电离层对合成孔径雷达（SAR）测速误差的影响研究[I]. 大气科学学报, 2011, 34(6):714-722.
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[8] 刑志明, 庄耀成, 周鸣,等. 低地球轨道SAR的电离层补偿算法[J]. 西安电子科技大学学报, 2011, 38(6):829-834.
[9] Wan X, Small D. Ionospheric correction for synthetic aperture radar based on tracking of the second-order Faraday rotation[J]. IEEE transactions on geoscience and remote sensing, 2017, 56(4):2247-2259.