Mars iyonosferik dağılımının SAR görüntüleme üzerindeki etkisi

Mars’ın yüzeyi, gezegenin oluşumu ve evrimi hakkında önemli tarihsel bilgileri kaydeder. İyonize bir ortam olarak, Mars iyonosferi radyo dalgası yayılımında özel bir rol oynar ve doğrudan Mars’taki yerel iletişim ve Mars ile Dünya arasındaki iletişim ile ilgilidir.

Bu nedenle, yeraltı ve Mars iyonosferi hakkındaki bilgiler, Mars’ı anlamak ve keşfetmek ve jeolojik evrim tarihini incelemek için bilimsel bir temel sağlar. Mars Orbiter’a monte edilmiş çok bantlı düşük frekanslı aşağı görünümlü Sentetik Açıklıklı Radar (SAR), Mars yüzeyine nüfuz edebilen ve aşağı doğru yayılabilen düşük frekanslı radyo dalgaları yayabilir.

Mars Keşif Radarının Yüksek Frekanslı (HF) darbe sinyali iyonosferden geçerken dağılım etkisi hatasından etkilenir, bu da sinyal zayıflamasına ve zaman gecikmesine neden olur ve yankının geçemeyeceği şekilde bir faz ilerlemesi sağlar. eşleştirilmeli ve filtrelenmelidir.

Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve TeknolojiNanjing Havacılık ve Uzay Bilimleri Üniversitesi’nden Zhijun Yan, iyonosferik bozulmanın özelliklerini araştırdı ve iyonosferik dağılım etkisinin tek SAR sinyali üzerindeki etkisini simüle etmek ve analiz etmek ve farklı bant genişlikleri, taşıyıcı frekansları altında görüntüleme için HF dalga bandı için etkili bir model oluşturdu. , yol geliş açıları ve Mars iyonosferindeki iyon konsantrasyonu.

Her şeyden önce, yazar iyonosferdeki iyonosferik dağılım etkisini ve sinyal yolu değişimini tanıttı. İyonosfer, anizotropik özelliklere sahip özel bir dağıtıcı ortamdı. Geniş frekans spektrumlu bir radyo sinyali için, sinyalin farklı frekans bileşenleri iyonosferde farklı faz hızlarında yayılır ve bu nedenle farklı frekans bileşenleri farklı faz ilişkilerine sahiptir. Sinyal bozulacak ve nabız zaman ve uzayda genişleyecekti.

Bu, iyonosferin dağılma olgusuydu. Daha sonra, yankılar üzerindeki iyonosferik etkileri tanımlamak için matematiksel ve istatistiksel yöntemler uygulandı. İyonosferik dağılım, sinyal bozulması, türbülans genliği ve faz dalgalanmaları gibi etkilere sahipti.

Yankılar eşleşen filtre işleviyle eşleşemez, bu da darbe sıkıştırmasından sonra doğrudan görüntü kalitesinin bozulmasına ve radarın algılama kabiliyetini ciddi şekilde etkileyen menzil çözünürlüğünün düşmesine neden olur. Mars iyonosferindeki elektromanyetik dalga yayılımının kırılma indisi, frekansın ve elektron yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir.

Mars Keşif Radarının çalışma frekans bandı (MHz) göz önüne alındığında, kırılma indisinin yüksek dereceli terimleri göz ardı edilemez. Kırılma indisi frekans ve konumla değiştikçe, SAR sinyali bir boşlukta normal sinyalden saptı ve bu da SAR görüntülemenin sonucunu etkiledi. Mars iyonosferi sürekli değişiyordu ve belirli bir rastgelelik derecesine sahipti, bu da yankı fazının rastgele ve belirsiz olmasına neden oluyordu. Bu nedenle, Mars iyonosferinin SAR görüntüleme üzerindeki etkisini incelemek için istatistiksel modellerin kullanılması gerekliydi.

Ardından, yazar sinyal iletim yollarını simüle etti ve Mars’ın iyonosferik modelini geliştirmek için Mars’ın gerçek iyonosferik verilerini kullandı. Yayılma etkisinin radar sinyali üzerindeki etkisini elde etmek için yol izleme yöntemi kullanıldı. Sinyalin ek faz hatası, yüksek dereceli Taylor serisi yaklaşımının simülasyonu ile elde edildi.

Anahtar adım, kırılma indisinin uzaysal dağılımını belirlemek ve sinyal yayılımının SAR yankısı üzerindeki gerçek etkisini belirlemekti. Kırılma indisinin uzaysal dağılımı, elektron yoğunluğunun ve sinyal frekansının uzaysal dağılımı ile belirlenebilir. Sinyal yayılım yolu, yol izleme teknolojisi ile elde edilebilir. Yukarıdaki analiz temelinde, gerçek simülasyon adımları aşağıdaki gibidir:

1. Mars’ın iyon konsantrasyonu dağılım verilerine göre, ilişki modelini oluşturmak için Chapman modeli kullanıldı.
2. Sistem simülasyon parametrelerine ve Ne’ye (farklı güneş aktivite periyotlarının ve farklı zenit açılarının Mars iyonosferik modeli) göre, iyonosferde kırılan algılama sinyalinin yolunu simüle etmek ve iki yönlü faz ilerlemesini hesaplamak için yol izleme yöntemi kullanıldı. dağılma etkisinden kaynaklanır.
3. Frekans alanındaki ideal sinyal ve ilave faz ilerlemesi çarpılır.
4. Zaman alanında etkilenen sinyali elde etmek ve ardından ideal sinyalle karşılaştırmak için frekans alanı sinyali üzerinde Ters Fourier dönüşümü yapıldı.

Ayrıca, faz hatasının analizleri ve noktaların hedeflerinin konumuna etkilerinin analizleri yapılmaktadır. Nokta hedef yankı sinyalinin darbe sıkıştırma işleme modunun simülasyonu, SAR yankı işlemesini simüle etmek için gerçekleştirilir.

İyonosferik dağılım etkisinin neden olduğu faz hatası, darbe sıkıştırma ve eko düzeltmede zorluklar sunan farklı derecelerde zaman alanlı frekans kayması getirdi. Darbe sıkıştırması, nispeten yakın mesafedeki güçlü nokta hedeflerini etkili bir şekilde ayırabilir, ancak faz hatası, yankı işleminden sonra nokta hedeflerini net bir şekilde ayırt etmeyi imkansız hale getirdi.

Simülasyonlar aracılığıyla yazar, kromatik dağılım etkisinin sinyal üzerindeki etkisinin esas olarak faz hatalarının, sinyal kaymasının ve zaman gecikmesinin ortaya çıkması olduğuna karar verdi. Ayrıca, düşük frekanslı bir sinyal kayması, toplam elektron içeriğinden (TEC) ve taşıyıcı frekansından büyük ölçüde etkilenmiştir.

Sinyal etkilendikten sonra darbenin ana lobunun genişlemesi de bant genişliği, taşıyıcı frekansı ve TEC ile ilgiliydi. Sonuç olarak, model, manyetik alanların ve anormal güneş aktivitesinin etkilerini ve iyonosferin sentetik açıklıklı radar (SAR) yankıları üzerindeki etkisini dikkate almadan Mars’ı etkili bir şekilde tahmin edebilir.

Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd tarafından sağlanmıştır