一种大扫描角滑动聚束SAR卫星系统相对辐射性能测量方法与流程

本发明属于遥感卫星技术领域，特别涉及星载合成孔径雷达辐射校正技术。

背景技术：

合成孔径雷达(sar)卫星是一种有源遥感设备，可全天时、全天候工作，获得高分辨率地面场景sar图像。滑动聚束是一种新型的合成孔径雷达工作模式，通过控制天线方位向波束在地面的移动速度来增加方位向相干累积时间，从而提高方位向的分辨率。与传统的条带sar相比，除了距离向天线方向图的调制导致的距离向辐射不均匀外，滑动聚束sar存在方位向扫描中方位向天线方向图性能变化，从而导致存在特有的方位向辐射不均匀性。由于方位向波位多且在雷达工作过程中沿方位向扫描，方向图在轨测量难度很大，难以基于在轨方向图测量结果对相对辐射性能进行理论计算并补偿。如何准确地获得二维相对辐射性能，是滑动聚束sar卫星系统实现高精度相对辐射校正、提高图像质量的前提。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种精度高、实施方便的大扫描角滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量方法，为大扫描角滑动聚束sar卫星的高精度相对辐射校正、提升图像辐射质量提供基础数据。

本发明的技术方案为：

一种大扫描角滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量方法，包括以下步骤：

a.成像区域选取，在sar卫星及其地面数据处理系统已完成系统性能调优后，选择雷达后向散射均匀的场景作为成像区域。

b.成像处理及距离衰减校正，对成像区域回波进行成像处理，并对距离衰减进行校正，获得单视复图像ix×y，其中，x为图像的方位向像元数目，y为图像的距离向像元数目。

c.非均匀散射区域剔除，剔除图像中明显的散射非均匀区域，以消除其对后续相对辐射性能测量的不利影响。

d.利用一定的矩形窗口对图像进行平滑处理，降低噪声影响，获得幅度图像a；根据对相对辐射起伏特性和噪声水平的预估，同时综合考虑以下两个因素，一是相对辐射性能曲面特性的保持，二是对噪声的平滑效果，具体确定窗口的大小。

e.根据雷达参数确定平滑后幅度图像a的每个像元axy对应的方位角α和下视角β，所述雷达参数包括雷达的方位向扫描范围和距离向波束宽度。

f.以方位角α和下视角β为变量，对平滑后的幅度图像a进行二维曲面多项式拟合，以获得拟合后的相对辐射性能二维曲面a′，拟合阶数为偶数。

本发明提供了一种大扫描角滑动聚束sar卫星相对辐射性能测量方法，选取雷达后向散射均匀场景作为观测区域，利用平滑窗对观测区域图像进行平滑处理，降低噪声影响，对平滑后的图像进行二维多项式拟合，可实现大扫描角滑动聚束sar系统相对辐射性能的高精度测量，该方法无需雷达各方位扫描角天线方向图，测量精度和效率高，可用于大方位扫描角滑动聚束sar高精度相对辐射校正，提升图像辐射质量。

附图说明

图1为本发明提供的一种大扫描角滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量方法的流程示意图。

图2为利用本发明方法利用热带雨林区域得到的某滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量结果。

具体实施方式

本发明的基本思想是利用均匀散射场景为观测区域，在去除非均匀区域的基础上，利用平滑窗降低噪声影响，使用二维多项式拟合的方法获得系统的相对辐射特性测量结果，

下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明给出了一种大扫描角滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量方法，流程如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤一：成像区域选取。在合成孔径雷达卫星及其地面数据处理系统已完成系统性能调优后，选择雷达后向散射均匀的场景作为成像区域。

具体选取中，热带雨林是较为理想的雷达散射均匀场景，其散射特性随入射角变化小却均匀。此外，对于距离向观测幅宽较小的系统而言，较小入射角范围内的平静海面也可作为观测区域。

步骤二：成像处理及距离衰减校正。对成像区域的回波数据进行成像处理，具体成像处理中，为了消除观测幅宽内由于斜距不同引起的辐射起伏，需要对距离衰减进行校正，校正公式如下，

其中，i′x×y为距离衰减校正前的单视复图像，ix×y为距离衰减校正后的单视复图像，x为图像的方位向像元数目，y为图像的距离向像元数目；r0为距离衰减校正中选取的参考斜距，通常选取为场景中心斜距；r为每个距离门对应的斜距值。

步骤三：非均匀散射区域剔除。即使对于热带雨林区域而言，由于河流、降雨积水等自然现象，以及树木砍伐等人类活动，都会引起非均匀散射区域的存在，在实施后续操作前，需要将与主体散射不一致的区域剔除，以消除其对相对辐射性能测量的不利影响。

步骤四：利用一定的矩形窗口对图像进行平滑处理，降低噪声影响。

具体操作中，平滑后的幅度图像a的具体计算公式如下，

其中，2m+1、2n+1分别为平滑窗的方位向和距离向像元数目。m，n的具体取值有两个方面的因素有关：从保持相对辐射性能曲面形状的角度出发，取值越小越好；从对降低噪声影响的角度出发，取值越大越好。在具体的操作中需要综合考虑这两个因素，根据对相对辐射起伏特性和噪声水平的预估，具体确定窗口的大小。

步骤五：多次观测平均，降低噪声影响。

具体的，如果成像区域均匀性较差，图像的信噪比较高，可在单幅图像进行平滑处理的基础上，使用相同波位的多幅图像进行平均处理，进一步降低噪声影响，

步骤六：根据雷达的方位向扫描范围和距离向波束宽度等雷达参数，确定幅度图像a每个像元axy对应的方位角α和下视角β，

α∈[-αmax,αmax]

β∈[-βmax,βmax]

αmax为滑动聚束sar方位扫描范围的二分之一，βmax为距离向波束宽度的二分之一。

步骤七：相对辐射性能曲面二维拟合。

具体的，以方位角α和下视角β为变量，对平滑后的幅度图像a进行二维曲面多项式拟合，拟合阶数为偶数。同时考虑精度和计算复杂度，拟合阶数通常取4。拟合后的相对辐射性能二维曲面a′的形式如下，

a′＝

c00+c10α+c01β+c20α²+c11αβ+c02β²

+c30β³+c21α²β+c12αβ²+c03β³

+c40α⁴+c31α³β+c22α²β²+c13αβ³+c04β⁴

其中，c为多项式系数。

由此得到大扫描角滑动聚束sar卫星系统的相对辐射性能，利用其可对sar图像进行高精度的相对辐射校正，提高图像质量。图2为本发明方法利用热带雨林区域得到的滑动聚束sar卫星系统相对辐射性能测量结果实例。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。