高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910439954.5 (22)申请日 2019.05.24 (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 陈杰章瑞杨威 (74)专利代理机构 北京格允知识产权代理有限 公司 11609 代理人 周娇娇张沫 (51)Int.Cl. G01S 7/40(2006.01) (54)发明名称 一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方 法 (57)摘要 本发明涉及一种高精度全链路星载SAR辐射 定标仿真方法， 包括： 读入真实雷达卫。

2、星数据； 选 取距离向和方位向点数大小符合要求的面目标 作为辐射定标的仿真数据源； 通过在场景中心位 置加入已知雷达散射截面积的定标器， 构造布设 定标器的面目标仿真数据源； 将布设定标器的面 目标分解为多个点目标， 计算每个点目标的回波 并叠加， 获得回波仿真信号； 进行成像处理， 得到 包含定标器的场景雷达图像； 计算辐射定标系 数， 完成定标处理。 本发明提供的方法采用真实 雷达卫星数据进行定标场回波仿真， 解决了真实 布设定标器实验成本高的问题， 实现了星载SAR 全链路的辐射定标仿真。 权利要求书4页 说明书11页 附图6页 CN 110146858 A 2019.08.20 CN 。

3、110146858 A 1.一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于， 包括如下步骤： S1、 读入符合定标场要求的场景的真实雷达卫星数据； S2、 根据步骤S1中读入的雷达卫星数据， 选取距离向和方位向点数大小符合要求的面 目标作为辐射定标的仿真数据源； S3、 对步骤S2中选取的面目标仿真数据源， 通过在场景中心位置加入已知雷达散射截 面积的定标器， 构造布设定标器的面目标仿真数据源； S4、 将步骤S3中布设定标器的面目标分解为多个点目标， 计算每个点目标的回波并叠 加， 获得回波仿真信号； S5、 对步骤S4中获得的回波仿真信号进行成像处理， 得到包含定标器的场景雷达图。

4、像； S6、 根据步骤S5中得到的场景雷达图像计算辐射定标系数， 结合雷达图像对全场景的 雷达散射截面积完成定标处理。 2.根据权利要求1所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤S4中通过频域相乘的方法实现回波仿真。 3.根据权利要求2所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S4包括： 设雷达的发射信号为一线性调频脉冲串， 表示为： 其中， R(t,x,y)为矩形窗函数， Tp为发射信号脉冲宽度， Tf为脉冲重复周期， fc为载 频， b为发射信号脉冲的线性调频率； 发射信号由天线发射， 经地面散射后， 再由天线进行相干接收， 其。

5、回波复信号S(t)表示 为： 面目标回波仿真信号分解为N个点目标散射元， 表示为： 其中， N是点目标散射元个数， (x,y)是点目标散射元的坐标， (x,y)是(x,y)处 散射元的散射系数， 是(x,y)处的散射元与天线瞄准线之间的视线夹角， Wa为视线夹角 方向的天线方向图增益， D是雷达波束照射区域， 是雷达工作波长， c是光速， R(t,x,y)是 天线相位中心与散射元之间的距离。 4.根据权利要求1所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于： 所述 步骤S5中进行成像处理时， 将回波仿真信号与一个具有相关调频率的线性调频信号因子相 权利要求书 1/4 页 2 CN 。

6、110146858 A 2 乘， 将所有距离徙动曲线补偿到相同形状， 然后再通过整体性的补偿处理完成回波仿真信 号的距离压缩处理、 距离徙动定标和方位压缩处理。 5.根据权利要求4所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S5包括： S5-1、 读入步骤S4中获得的二维原始回波仿真信号S0以及相应的成像参数； 其中， S0是 一个二维复数数据组， 大小为NaNr， 成像参数包括： 方位向采样点数Na， 距离向采样点数 Nr， 信号采样率fs， 信号带宽Bw， 脉冲宽度 ， 调频斜率k， 脉冲重复频率PRF， 参考斜距Rref， 多 普勒中心频率fd0， 多普勒调频。

7、率fr0， 卫星平台速度VP， 信号波长 ， 信号方位向带宽Ba， 光速 c； S5-2、 将原始复数据S0(i,j)沿每个距离向进行快速傅里叶变换， 得到方位频域复数据 S1(i,j)， 表达式为： S1(:,j)FFT(S0(:,j)； 其中， S1(:,j)表示S1的第j列， S0(:,j)表示S0的第j列， FFT()表示对一维数组进行快 速傅里叶变换； S5-3、 构造两个一维序列i,j， 其中i代表方位向序列， j代表距离向序列， 表达式为： i1,2,Na， j1,2,Nr； 获取方位频域复数据S1(i,j)各行对应的方位频率fa(i)和各列对应的距离向时刻 (j)， 表达式为：。

8、 由成像参数计算等效速度Vref和等效斜视角ref， 表达式为： 获取具有相关调频率的线性调频信号因子1( ,f)， 表达式为： 1( ,fa)exp-j krCs - ref(fa)2； 其中： a fa/2Vref； 权利要求书 2/4 页 3 CN 110146858 A 3 将方位频域复数据S1(i,j)与线性调频信号因子1( ,f)相乘， 得到复数据S2(i,j)， 表 达式为： S2(i,j)S1(i,j)1( ,fa)； S5-4、 将复数据S2(i,j)沿每个方位向进行距离向快速傅里叶变换， 得到二维频域复数 据S3(i,j)， 表达式为： S3(i,:)FFT(S2(i,:)。

9、； 其中， S2(i,:)表示S2的第i行， S3(i,:)表示S3的第i行； S5-5、 获取二维频域复数据S3(i,j)每行对应的方位频率fa(i)和每列对应的距离频率 f(j)， 表达式为： 距离补偿因子2(fa,f)表达式为： 将复数据S3(i,j)同距离补偿因子2(fa,f)相乘， 得到距离压缩后的二维复数据S4(i, j)， 表达式为： S4(i,j)S3(i,j)2(fa,f)； S5-6、 将得到的二维复数据S4(i,j)沿每个方位向进行快速傅里叶逆变换， 得到方位频 域复数据S5(i,j)， 表达式为： S5(i,:)IFFT(S4(i,:)； 其中， S4(i,:)表示S4。

10、的第i行， S5(i,:)表示S5的第i行， IFFT()表示对一维数组进行快 速傅里叶逆变换； S5-7、 方位补偿因子3(f, )表达式为： 其中， 将复数据S5(i,j)与方位补偿因子3(f, )相乘， 得到复数据S6(i,j)， 表达式为: S6(i,j)S5(i,j)3(f, )； S5-8、 将得到的复数据S6(i,j)沿每个距离向进行快速傅里叶逆变换， 得到最终的成像 结果S7(i,j)， 表达式为： S7(:,j)IFFT(S6(:,j)。 6.根据权利要求1所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于： 所述 权利要求书 3/4 页 4 CN 110146858。

11、 A 4 步骤S6中采用峰值法或积分法提取定标器在步骤S5中得到的定标器所在区域场景雷达图 像域的功率值Pc， 结合定标器的雷达散射截面积 p， 计算辐射定标系数 7.根据权利要求6所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于： 所述步骤S6中， 对应全场景的雷达散射截面积通过雷达图像和辐射定标系数完成定标 处理， 星载SAR系统辐射定标图像数据表达式如下： 其中， PI为未经过定标的图像功率，为计算所得辐射定标系数， 为对应全场景的雷 达散射截面积。 8.根据权利要求1所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S1中读入的场景在足够大的范围内匀质分。

12、布， 且后向散射强度不超过阈值， 使得布设 定标器后满足高信杂比的要求。 9.根据权利要求1所述的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 其特征在于， 所述 步骤S2中选取距离向和方位向点数不少于512的面目标作为辐射定标的仿真数据源。 权利要求书 4/4 页 5 CN 110146858 A 5 一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法 技术领域 0001 本发明涉及信号处理技术领域， 尤其涉及一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿 真方法。 背景技术 0002 自二十世纪五十年代问世以来， 经过近七十年的发展， 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar， SAR)技。

13、术已经进入了一个相对成熟的阶段， 并已在地质、 水文、 农业、 林 业、 城市、 海洋、 测绘以及军事侦察等方面得到广泛应用。 早期SAR应用主要通过雷达图像获 取目标的位置、 形状、 图形、 纹理和对比度等信息， 是一种定性的应用技术。 随着新一代星载 SAR的发展， 定标后的SAR图像相关技术逐渐成熟， SAR图像的辐射质量逐渐提高， 可直接与 目标雷达截面积或散射系数相关。 这使得SAR图像得以在目标识别与分类、 海面实况调查、 农作物监测等领域得到定量化应用。 0003 如要实现定量化应用， 则需对SAR辐射进行定标， 定标场应该足够匀质分布且后向 散射强度较弱， 以确保用于定标的角反。

14、射器的信杂比满足定标处理要求。 为便于运输， 草原 或者沙漠等地区适合于安装角反射器。 但目前， 在星载SAR定标场实际安装定标角反射器的 经济成本较高， 实验难度大， 实现起来较为困难。 发明内容 0004 (一)要解决的技术问题 0005 本发明要解决的技术问题是解决实际在定标场布设定标角反射器完成定标辐射 实验成本高、 难度大的问题。 0006 (二)技术方案 0007 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真 方法， 包括如下步骤： 0008 S1、 读入符合定标场要求的场景的真实雷达卫星数据； 0009 S2、 根据步骤S1中读入的雷达卫星数据， 选。

15、取距离向和方位向点数大小符合要求 的面目标作为辐射定标的仿真数据源； 0010 S3、 对步骤S2中选取的面目标仿真数据源， 通过在场景中心位置加入已知雷达散 射截面积的定标器， 构造布设定标器的面目标仿真数据源； 0011 S4、 将步骤S3中布设定标器的面目标分解为多个点目标， 计算每个点目标的回波 并叠加， 获得回波仿真信号； 0012 S5、 对步骤S4中获得的回波仿真信号进行成像处理， 得到包含定标器的场景雷达 图像； 0013 S6、 根据步骤S5中得到的场景雷达图像计算辐射定标系数， 结合雷达图像对全场 景的雷达散射截面积完成定标处理。 0014 优选地， 所述步骤S4中通过频域。

16、相乘的方法实现回波仿真。 说明书 1/11 页 6 CN 110146858 A 6 0015 优选地， 所述步骤S4包括： 0016 设雷达的发射信号为一线性调频脉冲串， 表示为： 0017 0018 其中， R(t,x,y)为矩形窗函数， Tp为发射信号脉冲宽度， Tf为脉冲重复周期， fc为 载频， b为发射信号脉冲的线性调频率； 0019 发射信号由天线发射， 经地面散射后， 再由天线进行相干接收， 其回波复信号S(t) 表示为： 0020 0021 面目标回波仿真信号分解为N个点目标散射元， 表示为： 0022 0023 其中， N是点目标散射元个数， (x,y)是点目标散射元的坐标。

17、， (x,y)是(x, y)处散射元的散射系数， 是(x,y)处的散射元与天线瞄准线之间的视线夹角， Wa为视线 夹角方向的天线方向图增益， D是雷达波束照射区域， 是雷达工作波长， c是光速， R(t,x, y)是天线相位中心与散射元之间的距离。 0024 优选地， 所述步骤S5中进行成像处理时， 将回波仿真信号与一个具有相关调频率 的线性调频信号因子相乘， 将所有距离徙动曲线补偿到相同形状， 然后再通过整体性的补 偿处理完成回波仿真信号的距离压缩处理、 距离徙动定标和方位压缩处理。 0025 优选地， 所述步骤S5包括： 0026 S5-1、 读入步骤S4中获得的二维原始回波仿真信号S0以。

18、及相应的成像参数； 其中， S0是一个二维复数数据组， 大小为NaNr， 成像参数包括： 方位向采样点数Na， 距离向采样点 数Nr， 信号采样率fs， 信号带宽Bw， 脉冲宽度 ， 调频斜率k， 脉冲重复频率PRF， 参考斜距Rref， 多普勒中心频率fd0， 多普勒调频率fr0， 卫星平台速度VP， 信号波长 ， 信号方位向带宽Ba， 光 速c； 0027 S5-2、 将原始复数据S0(i,j)沿每个距离向进行快速傅里叶变换， 得到方位频域复 数据S1(i,j)， 表达式为： 0028 S1(:,j)FFT(S0(:,j)； 0029 其中， S1(:,j)表示S1的第j列， S0(:,j。

19、)表示S0的第j列， FFT()表示对一维数组进 行快速傅里叶变换； 0030 S5-3、 构造两个一维序列i,j， 其中i代表方位向序列， j代表距离向序列， 表达式 为： 说明书 2/11 页 7 CN 110146858 A 7 0031 i1,2,Na， j1,2,Nr； 0032 获取方位频域复数据S1(i,j)各行对应的方位频率fa(i)和各列对应的距离向时刻 (j)， 表达式为： 0033 0034 0035 由成像参数计算等效速度Vref和等效斜视角ref， 表达式为： 0036 0037 0038 获取具有相关调频率的线性调频信号因子1( ,f)， 表达式为： 0039 1(。

20、 ,fa)exp-j krCs - ref(fa)2； 0040 其中： 0041 a fa/2Vref； 0042 0043 0044 0045 将方位频域复数据S1(i,j)与线性调频信号因子1( ,f)相乘， 得到复数据S2(i, j)， 表达式为： 0046 S2(i,j)S1(i,j)1( ,fa)； 0047 S5-4、 将复数据S2(i,j)沿每个方位向进行距离向快速傅里叶变换， 得到二维频域 复数据S3(i,j)， 表达式为： 0048 S3(i,:)FFT(S2(i,:)； 0049 其中， S2(i,:)表示S2的第i行， S3(i,:)表示S3的第i行； 0050 S5-。

21、5、 获取二维频域复数据S3(i,j)每行对应的方位频率fa(i)和每列对应的距离 频率f(j)， 表达式为： 0051 0052 说明书 3/11 页 8 CN 110146858 A 8 0053 距离补偿因子2(fa,f)表达式为： 0054 0055 将复数据S3(i,j)同距离补偿因子2(fa,f)相乘， 得到距离压缩后的二维复数据 S4(i,j)， 表达式为： 0056 S4(i,j)S3(i,j)2(fa,f)； 0057 S5-6、 将得到的二维复数据S4(i,j)沿每个方位向进行快速傅里叶逆变换， 得到方 位频域复数据S5(i,j)， 表达式为： 0058 S5(i,:)IF。

22、FT(S4(i,:)； 0059 其中， S4(i,:)表示S4的第i行， S5(i,:)表示S5的第i行， IFFT()表示对一维数组 进行快速傅里叶逆变换； 0060 S5-7、 方位补偿因子3(f, )表达式为： 0061 0062其中， 0063 将复数据S5(i,j)与方位补偿因子3(f, )相乘， 得到复数据S6(i,j)， 表达式为: 0064 S6(i,j)S5(i,j)3(f, )； 0065 S5-8、 将得到的复数据S6(i,j)沿每个距离向进行快速傅里叶逆变换， 得到最终的 成像结果S7(i,j)， 表达式为： 0066 S7(:,j)IFFT(S6(:,j)。 006。

23、7 优选地， 所述步骤S6中采用峰值法或积分法提取定标器在步骤S5中得到的定标器 所在区域场景雷达图像域的功率值Pc， 结合定标器的雷达散射截面积 p， 计算辐射定标系数 0068 优选地， 所述步骤S6中， 对应全场景的雷达散射截面积通过雷达图像和辐射定标 系数完成定标处理， 星载SAR系统辐射定标图像数据表达式如下： 0069 0070其中， PI为未经过定标的图像功率，为计算所得辐射定标系数， 为对应全场景 的雷达散射截面积。 0071 优选地， 所述步骤S1中读入的场景在足够大的范围内匀质分布， 且后向散射强度 不超过阈值， 使得布设定标器后满足高信杂比的要求。 0072 优选地， 所。

24、述步骤S2中选取距离向和方位向点数不少于512的面目标作为辐射定 标的仿真数据源。 0073 (三)有益效果 0074 本发明上述技术方案中提供的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法具有如下 说明书 4/11 页 9 CN 110146858 A 9 优点： 0075 (1)实用性， 本发明提出的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法基于真实雷达 卫星数据进行定标场回波仿真， 解决了真实布设定标器实验成本高的问题， 实现了星载SAR 全链路的辐射定标仿真； 0076 (2)系统性， 本发明提出的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法从全链路的星 载SAR辐射定标原理出发， 基于真实雷达卫星数。

25、据进行高精度回波仿真及成像处理， 得到图 像后进行定标处理， 整个仿真流程完备， 系统性优良； 0077 (3)通用性， 本发明提出的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法是基于真实雷 达卫星数据的仿真方法， 对应不同雷达卫星的不同定标场场景均可以进行辐射定标仿真， 通用性强。 附图说明 0078 图1是本发明实施例中一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法流程图； 0079 图2是本发明实施例中所采用的高分三号亚马逊热带雨林全场景雷达图像； 0080 图3是本发明实施例中亚马逊热带雨林仿真区域雷达图像； 0081 图4是本发明实施例中亚马逊热带雨林仿真区域RCS分布直方图； 0082 图5。

26、是本发明实施例中加入定标器的亚马逊热带雨林仿真区域； 0083 图6是本发明实施例中加入定标器的亚马逊热带雨林仿真区域成像结果； 0084 图7是本发明实施例中定标器成像结果三维图； 0085 图8是本发明实施例中定标器成像结果距离向剖面图； 0086 图9是本发明实施例中定标器成像结果方位向剖面图； 0087 图10是本发明实施例中峰值法定标处理得到图像RCS分布直方图； 0088 图11是本发明实施例中积分法定标处理得到图像RCS分布直方图。 具体实施方式 0089 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、。

27、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0090 实施例一 0091 如图1所示， 本发明实施例提供的一种高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法， 包括如下步骤： 0092 S1、 读入真实雷达卫星数据： 读入符合定标场要求的场景的真实雷达卫星数据。 0093 该步骤选取了真实雷达卫星图像产品， 优选地， 步骤S1中读入的场景应在足够大 的范围内匀质分布， 且后向散射强度较弱， 不超过阈值， 使得布设定标器后满足高信杂比的 。

28、要求， 即所选场景应该满足一般定标场要求， 可以实际安装定标器。 0094 S2、 选取仿真数据源： 根据步骤S1中读入的雷达卫星数据， 选取距离向和方位向点 数大小符合要求的面目标作为辐射定标的仿真数据源。 0095 优选地， 为保证选取的面目标符合要求， 步骤S2中应选取距离向和方位向点数不 说明书 5/11 页 10 CN 110146858 A 10 少于512的面目标作为辐射定标的仿真数据源。 0096 S3、 构造定标场仿真数据源： 对步骤S2选取生成的面目标仿真数据源， 通过在场景 中心位置加入已知雷达散射截面积(RCS)的定标器， 构造布设定标器的面目标仿真数据源， 即通过在场。

29、景数据源中加入定标器， 得到定标场仿真数据源。 0097 S4、 将步骤S3中布设定标器的面目标分解为多个点目标， 计算每个点目标的回波 并叠加， 获得原始回波仿真信号。 0098 在对面目标进行回波仿真的过程中， 可将面目标分解为无数个点目标(散射元)， 然而这在实际计算中是不可能实现的。 一个分辨单元内只需要模拟几个点目标， 其回波的 叠加结果就与实际结果相差无几。 计算面目标回波的方法即将面目标分解为多个点目标， 结合雷达卫星参数， 计算每个点目标的回波， 最后将回波叠加起来。 分解的点目标数越多， 结果就越接近实际值。 0099 优选地， 由于星载SAR的回波信号可看作是发射信号同一个。

30、具有一定幅度、 相位和 时间延迟的系统冲激函数相卷积的结果， 因此步骤S4中可以通过频域相乘的方法实现回波 仿真。 0100 优选地， 步骤S4包括： 0101 设雷达的发射信号为一线性调频脉冲串， 表示为： 0102 0103 其中， R(t,x,y)为矩形窗函数， Tp为发射信号脉冲宽度， Tf为脉冲重复周期， fc为 载频， b为发射信号脉冲的线性调频率。 0104 SAR发射信号由天线发射出去后， 经地面散射后， 再由天线进行相干接收， 其回波 复信号S(t)可表示为： 0105 0106 面目标回波仿真信号可以分解为N个点目标散射元， 表示为: 0107 0108 其中， N是点目标。

31、散射元个数， (x,y)是点目标散射元的坐标， (x,y)是(x, y)处散射元的散射系数， 是(x,y)处的散射元与天线瞄准线之间的视线夹角， Wa为视线 夹角方向的天线方向图增益， D是雷达波束照射区域， 是雷达工作波长， c是光速， R(t,x, y)是天线相位中心与散射元之间的距离。 0109 S5、 对步骤S4中获得的回波仿真信号进行成像处理， 得到包含定标器的场景雷达 说明书 6/11 页 11 CN 110146858 A 11 图像。 0110 成像方法以Chirp Scaling(CS)方法为成像内核。 Chirp Scaling处理是指线性调 频信号与一个具有相关调频率的线。

32、性调频信号因子(CS因子)相乘， 可以使调频信号的相位 中心和调频率发生微小的变化。 在Chirp Scaling成像方法中， 通过将回波仿真信号与 Chirp Scaling因子相乘， 修正不同距离上目标距离徙动曲线的微小差别， 可以将所有距离 徙动曲线补偿到相同形状， 然后再通过整体性的补偿处理完成回波信号的距离压缩处理、 距离徙动定标和方位压缩处理。 0111 优选地， 步骤S5包括： 0112 S5-1、 读入步骤S4中获得的二维原始回波仿真信号S0以及相应的成像参数。 其中， S0是一个二维复数数据组， 大小为NaNr， 成像参数包括： 方位向采样点数Na， 距离向采样点 数Nr， 。

33、信号采样率fs， 信号带宽Bw， 脉冲宽度 ， 调频斜率k， 脉冲重复频率PRF， 参考斜距Rref， 多普勒中心频率fd0， 多普勒调频率fr0， 卫星平台速度VP， 信号波长 ， 信号方位向带宽Ba， 光 速c。 0113 S5-2、 将原始复数据S0(i,j)沿每个距离向(按列)进行快速傅里叶(FFT)变换， 得 到方位频域(距离-多普勒域)复数据S1(i,j)， 表达式为： 0114 S1(:,j)FFT(S0(:,j) (4) 0115 其中， S1(:,j)表示S1的第j列， S0(:,j)表示S0的第j列， FFT()表示对一维数组进 行快速傅里叶变换。 0116 S5-3、 构。

34、造两个一维序列i,j， 其中i代表方位向序列(行)， j代表距离向序列(列)， 表达式为： 0117 i1,2,Na， j1,2,Nr (5) 0118 获取方位频域(距离-多普勒域)二维复数据S1(i,j)各行对应的方位频率fa(i)和 各列对应的距离向时刻 (j)， 表达式为： 0119 0120 0121 由成像参数计算等效速度Vref和等效斜视角ref， 表达式为： 0122 0123 0124 获取具有相关调频率的线性调频信号因子(CS因子)1( ,f)， 表达式为： 0125 1( ,fa)exp-j krCs - ref(fa)2 (10) 0126其中： a fa/2Vref；。

35、 说明书 7/11 页 12 CN 110146858 A 12 0127 0128 将方位频域复数据S1(i,j)与线性调频信号因子(CS因子)1( ,f)相乘， 得到复数 据S2(i,j)， 表达式为： 0129 S2(i,j)S1(i,j)1( ,fa) (11) 0130 S5-4、 将获取的二维复数据S2(i,j)沿每个方位向(按行)进行距离向快速傅里叶 变换(FFT)， 得到二维频域复数据S3(i,j)， 表达式为： 0131 S3(i,:)FFT(S2(i,:) (12) 0132 其中， S2(i,:)表示复数据S2的第i行， S3(i,:)表示复数据S3的第i行。 0133 。

36、S5-5、 获取二维频域复数据S3(i,j)每行对应的方位频率fa(i)和每列对应的距离 频率f(j)， 表达式为： 0134 0135 距离补偿因子2(fa,f)表达式为： 0136 0137 将复数据S3(i,j)同距离补偿因子2(fa,f)相乘， 得到距离压缩后的二维复数据 S4(i,j)， 表达式为： 0138 S4(i,j)S3(i,j)2(fa,f) (15) 0139 S5-6、 将得到的二维复数据S4(i,j)沿每个方位向(按行)进行快速傅里叶逆变换 (IFFT)， 得到方位频域(距离-多普勒域)复数据S5(i,j)， 表达式为： 0140 S5(i,:)IFFT(S4(i,:。

37、) (16) 0141 其中， S4(i,:)表示S4的第i行， S5(i,:)表示S5的第i行， IFFT()表示对一维数组 进行快速傅里叶逆变换。 0142 S5-7、 方位补偿因子3(f, )表达式为： 0143 0144其中， 0145 将复数据S5(i,j)与方位补偿因子3(f, )相乘， 得到复数据S6(i,j)， 表达式为: 0146 S6(i,j)S5(i,j)3(f, ) (18) 0147 S5-8、 将得到的复数据S6(i ,j)沿每个距离向(按列)进行快速傅里叶逆变换 (IFFT)， 得到最终的成像结果S7(i,j)， 表达式为： 0148 S7(:,j)IFFT(S6。

38、(:,j) (19) 0149 S6、 根据步骤S5中得到的场景雷达图像计算辐射定标系数， 结合雷达图像对全场 景的雷达散射截面积完成定标处理。 0150 辐射定标主要通过已知RCS的定标器来实现定标处理， 主要包括三面角反射器、 二 说明书 8/11 页 13 CN 110146858 A 13 面角反射器等被动的定标器， 和转发器这种主动的定标器。 转发器的制造价格比较昂贵， 一 般在实际定标实验中较多采用三面角反射器。 在得到包含定标器的场景雷达图像后， 可以 提取对应定标器的能量， 从而与其已知的RCS相关得到定标系数。 对应全场景的RCS可以通 过雷达图像和定标系数完成定标处理。 0。

39、151 优选地， 步骤S6中采用峰值法或积分法提取定标器在步骤S5中得到的场景雷达图 像域的功率值， 结合定标器的已知的雷达散射截面积， 计算辐射定标系数。 峰值法和积分法 提取功率值为较为成熟的现有技术， 在此不再进一步说明。 0152 未经过定标的单视复图像(Single Look Complex,SLC)功率表达式为： 0153 0154 其中， Gcor表示SAR信号处理器引入的成像处理增益， a与 r分别表示SAR图像分辨 单元在方位向与距离向的大小， 0表示归一化后向散射系数。 0155 式(20)表示的SLC图像数据是未经辐射定标处理的数据， 该图像数据无法正确反 映目标的散射特。

40、性。 因此， 为满足SAR图像定量化应用需求， 建立目标散射特性与图像数据 间的对应关系， 需要利用SAR后处理器对SLC图像数据进行定标处理， 将式(20)的信号重新 表示为： 0156 0157式(21)即为辐射定标方程的总体形式， 其中为 SAR系统全链路处理增益， SAR图像辐射定标处理的主要问题即为KS的估计， 因此， KS称为 “辐 射定标系数” 。 0158 将辐射定标系数KS重新表示为： 0159 0160 式(22)表明， 辐射定标系数的计算包含多项系统参数， 这些参数的提取与计算通 常需要利用内定标技术与外定标技术进行监测： 式(22)中的第一项包含常量以及一些已知 具有较。

41、高精度的系统参数， 这些参数对图像辐射质量影响不大， 通常通过外定标技术进行 端到端的测量； PtGr表示发射信号功率与接收系统增益的乘积， 通常由内定标系统利用内定 标复制信号进行监测， 并直接用于回波信号的定标； Gt( )Gr( )表示SAR系统的双程天线方 向图， 通常通过外定标技术与基于模型预测的方法进行天线方向图的监测与估计；表示 由斜距引起的能量衰减， 通常利用外定标技术与 ar一并进行标定， 并对SLC图像数据进行 能量归一化处理； Gcor为SAR信号处理器引入的成像处理增益， 通常在成像处理过程中对其 说明书 9/11 页 14 CN 110146858 A 14 进行定标。

42、。 0161 而本发明提供的方法无需逐项确定上述各项参数， 通过从端到端定标处理， 在已 知定标器归一化后向散射系数 p的情况下， 步骤S6中采用峰值法或积分法提取定标器在步 骤S5中得到的定标器所在区域场景雷达图像域的功率值Pc， 结合定标器的雷达散射截面积 p， 计算辐射定标系数 0162 得到辐射定标系数后， 对应全场景的雷达散射截面积通过雷达图像和辐射定标系 数完成定标处理， 星载SAR系统辐射定标图像数据表达式如下： 0163 0164其中， PI为未经过定标的图像功率，为计算所得辐射定标系数， 为对应全场 景的雷达散射截面积。 经过上述步骤后， 即完成了星载SAR辐射定标仿真。 0。

43、165 实施例二 0166 如图2-图11所示， 本实施例二与实施例一基本相同， 相同之处不再赘述， 不同之处 在于： 0167 本实施例选取了高分三号雷达卫星对亚马逊热带雨林成像的一景标准条带模式 雷达图像产品， 如图2所示。 选取距离向和方位向点数均为512的面目标作为定标仿真数据 源， 如图3所示。 该面目标方位向起始位置为2300， 距离向起始位置为6500。 定标仿真区域 RCS近似高斯分布， 直方图如图4所示。 定标仿真区域RCS均值为-17.33dB。 0168 表1回波仿真参数 0169 0170 通过在场景中心位置加入已知雷达散射截面积的定标器， 构造布设定标器的面目 标仿真。

44、数据源， 如图5所示。 本实施例中定标器雷达散射截面为13.15dB， 归一化的后向散射 系数 p为0.3162。 部分回波仿真参数如表1所示。 0171 得到原始回波后， 进行成像处理。 加入定标器的热带雨林区域成像结果如图6所 示。 对场景中心处的定标器成像结果进行成像质量评估， 定标器脉冲响应的三维图如图7所 说明书 10/11 页 15 CN 110146858 A 15 示， 相应的距离向和方位向剖面图分别如图8、 图9所示。 定标器成像质量评估结果如表2所 示。 0172 表2定标器成像质量评估结果 0173 0174 评估结果显示成像聚焦质量良好。 分别用积分法和峰值法进行定标处。

45、理得到辐射 定标系数和依据辐射定标系数反演得到的场景后向散射系数分布直方图分别如图 10和图11所示。 根据积分法定标处理得到的场景后向散射系数能够包含原始场景后向散射 系数， 验证了积分法定标处理结果具备更高辐射精度。 0175 从以上结果说明了本发明所提供的高精度全链路星载SAR辐射定标仿真方法的正 确性及有效性。 0176 最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换， 。

46、并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和 范围。 说明书 11/11 页 16 CN 110146858 A 16 图1 说明书附图 1/6 页 17 CN 110146858 A 17 图2 图3 说明书附图 2/6 页 18 CN 110146858 A 18 图4 图5 说明书附图 3/6 页 19 CN 110146858 A 19 图6 图7 说明书附图 4/6 页 20 CN 110146858 A 20 图8 图9 说明书附图 5/6 页 21 CN 110146858 A 21 图10 图11 说明书附图 6/6 页 22 CN 110146858 A 22 。