一种高分辨率星载SAR辐射定标精度分解方法与流程

本发明涉及航天遥感卫星，尤其涉及一种高分辨率星载sar辐射定标精度分解方法。

背景技术：

1、星载合成孔径雷达具有全天候、高精度、大面积遥感成像的能力，因此，从七十年代以来在地质、水文、农业、林业、海洋、绘图测绘和军事侦察等领域发挥了重要的作用。

2、sar图像实际上是目标的雷达截面积图，但是要从雷达图像上测定目标的雷达截面积必须解决好两个问题：精确性和准确性。所谓精确性是指用雷达图像可以重复测定目标的雷达截面积的能力，而准确性是指从雷达图像中测得的目标雷达截面积与实际目标的雷达截面积一致的问题。星载sar辐射定标的目的就是建立与地物后向散射系数的精确关系。

3、由于sar图像的成像机理是基于微波相干成像，点目标之间的回波相干干扰，最终导致实际的回波数据与理想值之间有随机的变化，即斑点噪声。而热噪声始终存在于雷达接收机中，它限制了雷达的灵敏度，会影响雷达后向散射信号的精度。相对辐射定标精度主要由内定标和外定标参数的变化决定的。同时，在主动雷达工作过程中容易受到射频干扰(rfi)的影响，使得接收回波的信干比(s inr)降低，严重时会影响sar成像质量及后续图像解译。

4、现阶段，定性遥感技术在诸如地杂波统计特性研究、土壤湿度测量、作物精度分类、海面实况调查、目标识别等许多方面的应用中都受到了极大的限制。因此亟需精确建立雷达图像与目标定量之间的定量关系从而得到目标实际散射特性。如何对高分辨率星载sar辐射定标精度进行分解，得到星载sar辐射定标绝对辐射精度总体误差可控范围是具有研究价值的事情。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提供了一种高分辨率星载sar辐射定标精度分解方法，包括以下步骤：

2、s1：根据雷达能量关系确定影响绝对辐射定标误差的误差影响因素，其中，所述误差影响因素包括斑点及热噪声误差、相对辐射定标误差和射频干扰误差在内的因素；

3、s2：根据所述斑点及热噪声误差、所述相对辐射定标误差和所述射频干扰误差量化误差可控范围得到斑点及热噪声误差范围、相对辐射定标误差范围和射频干扰误差范围；

4、s3：所述斑点及热噪声误差范围、所述相对辐射定标误差范围和所述射频干扰误差范围根据定标误差公式得到绝对辐射定标精度总体误差范围。

5、优选地，在步骤s1中，所述根据雷达能量关系确定影响绝对辐射定标误差的误差影响因素，进一步包括：

6、由于辐射定标是检测所述雷达能量关系的参数实现对星载sar图像的校准，再根据星载sar图像数据中测出的功率强度p推算出后向散射系数σ0；

7、因此，辐射定标理论公式推出的后向散射系数σ0定标精度是辐射精度，即得到所述斑点及热噪声、所述相对辐射定标误差和所述射频干扰误差在内的误差影响因素影响绝对辐射精度。

8、优选地，在步骤s2中，所述根据所述斑点及热噪声误差量化误差可控范围，进一步包括：

9、由于所述星载sar图像的成像机理是基于微波相干成像，即点目标之间的回波相干扰，导致实际回波数据与理想值之间有随机的变化，这种随机的变化通过成像算法产生所述斑点噪声；

10、此外，所述星载sar图像自身原理带有所述热噪声，所述热噪声会影响估计得到的雷达后向散射信号精度；

11、所述斑点噪声及所述热噪声影响回波信噪比，所述斑点及热噪声误差范围δkpc(db)的计算公式，如下所示：

12、δkpc(db)＝10log(1+kpc),

13、其中，n表示总视数，所述总视数为方位视数×距离视数，snr表示所述星载sar图像的信噪比。

14、优选地，在步骤s2中，所述相对辐射定标误差，进一步包括：

15、所述辐射定标误差通过内外定标系统监测系统参数及所述系统参数变化确定，即图像功率ps通过所述辐射定标理论公式得出所述后向散射系数σ0，关键是在于精准测得定标常数x，所述图像功率的计算公式，如下所示：

16、ps＝xσ0,

17、由此可得，根据所述相对辐射定标误差得到相对辐射定标误差范围，其中所述相对辐射定标误差引起的误差x的计算公式，如下所示：

18、

19、其中，ps代表接收所述星载sar图像功率，x代表定标常数；λ代表信号的波长，pt代表平均发射功率，gr代表接收增益，代表天线增益，ac为雷达地面分辨单元的面积，c2代表方位向φ和距离向θ的图像处理器增益，l代表总系统损耗，r代表斜距。

20、优选地，所述根据所述相对辐射定标误差得到相对辐射定标误差范围，进一步包括：

21、根据所述信号的波长λ、所述斜距r、所述天线增益所述内定标系统总增益ptgr、所述处理器误差c和所述总系统损耗l得到所述相对辐射定标误差范围，其中所述相对辐射定标误差范围的计算公式，如下所示：

22、

23、优选地，在步骤s2中，所述射频干扰误差量化误差可控范围，进一步包括：

24、理想状况下，若没有射频干扰rfi，此时δrfi＝0db；

25、但是在实际工作过程中无法避免射频干扰的影响，从回波分析干扰信号，即设卫星平台沿x方向匀速飞行，速度为v，高度为h，斜视角为θ，卫星发射电磁波，经过地面目标的反射，返回包含目标信息的回波，即目标回波信号；同时由于周围环境的影响，卫星不可避免地接收到同一频段的干扰，因此，目标回波信号、干扰信号和加性观测噪声三部分组成所述回波信号；

26、所述回波信号的计算公式，如下所示：

27、x(n)＝s(n)+i(n)+n(n),

28、其中，n为距离维采样点，s(n)为目标回波信号，i(n)为干扰信号，n(n)为加性观测噪声；

29、根据所述回波信号得到所述射频干扰误差范围。

30、优选地，所述干扰信号，进一步包括：

31、对于所述干扰信号的窄带干扰的计算公式，如下所示：

32、

33、其中，k表示假设的单频干扰分量的个数，ak(n)、fk、θk分别表示第k(k＝1,…,k)个干扰分量的复包络、频率和初始相位；

34、对于所述干扰信号的线性调频宽带干扰的计算公式，如下所示：

35、

36、其中，ak(n)、fk、γk分别表示第k(k＝1,…,k)个干扰分量的复包络、频率和调频率；

37、对于所述干扰信号的正弦调频宽带干扰的表达形式如下:

38、

39、其中，ak(n)、βk、fk、θk分别表示第k(k＝1,…,k)个干扰分量的复包络、调制系数、频率和初始相位。

40、优选地，所述根据所述回波信号得到所述射频干扰误差范围，进一步包括：

41、根据所述目标回波信号、所述干扰信号和所述加性观测噪声的强弱自适应地选取干扰判决门限，所述回波信号x为：

42、x＝[x(1),x(2),…,x(n)],

43、对所述回波信号x做傅里叶变换fft到频域，得到所述回波信号x的回波信号频谱x，如下所示：

44、x＝[x(1),x(2),…,x(n)]＝fft(x),

45、所述射频干扰误差范围的最大门限设置为：

46、

47、其中，max(|*|)表示求取最大值运算，|*|表示取绝对值运算，x为回波信号频谱。

48、优选地，在步骤s3中，所述定标误差公式，进一步包括：

49、所述绝对辐射定标精度总体误差范围的计算公式，如下所示：

50、

51、其中，δσ是所述绝对辐射定标精度总体误差范围，δkpc是所述斑点和热噪声误差范围，δcal是相对辐射定标误差范围，δrfi是射频干扰误差范围。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

53、1)本发明通过确定影响绝对辐射定标误差的误差影响因素提高主动雷达遥感数据中提取信息的效率和质量，为定量遥测的应用提供切实可行的解决途径，为实现全球长期变化观测和短期动态监测提供了可能。

54、2)本发明通过得到斑点及热噪声误差范围、相对辐射定标误差范围和射频干扰误差范围，为目标反演理论的算法研究和自动信息提取理论及算法研究提供了有利条件。