高分辨率星载SAR成像质量提升方法技术

本发明专利技术提供了一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其包括以下步骤：步骤一，基于高分辨率SAR图像应用的成像质量提升需求分析及成像质量指标梳理；步骤二，最优化成像质量指标分解和分配；步骤三，提出提升成像质量的措施；步骤四，基于全链路仿真的成像质量提升效果评估。本发明专利技术所提出的方法流程清晰、易于实现，对于星载SAR总体设计具有指导意义，具有开创性，适用于其它类型的SAR卫星的成像质量提升研究。

【技术实现步骤摘要】
高分辨率星载SAR成像质量提升方法
本专利技术涉及一种航天系统
，具体地，涉及一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法。
技术介绍
自从1978年美国NASA发射第一颗合成孔径雷达(SAR)卫星以来，已经有50多颗雷达卫星发射和在轨工作。合成孔径雷达卫星以其特有的全天时、全天候对地观测的特点，得到了各科技强国的重视和大力发展。高分辨率SAR卫星一直是发展的重点和难点，也雷达卫星发展的主要方向。根据美国侦察和监视对SAR图像分辨率的要求，要对战场目标发现，分辨率应优于0.9m；对目标进行识别，分辨率应优于0.6m；对目标进行确认和描述，分辨率应优于0.3m。可见，高分辨率SAR卫星对于高精度目标监视尤为重要。同时，高分辨率SAR卫星在国土资源普查、测绘、防灾减灾中发挥了不可替代的作用，对于灾情的评估通常需要优于2m分辨率的SAR图像。目前，国际上典型的星载SAR的分辨率绝大多数在1m～3m量级，如德国的TerraSAR卫星和加拿大的RadarSat-2卫星最高分辨率均为1m。可见，分辨率指标的提升有广泛的应用需求。同时，国际上在轨SAR卫星图像使用过程中，也提出成像质量提升得要求，主要有以下几个方面：1、对海陆交界目标动态变化大的区域进行成像时，在海面等弱背景下，图像上偶尔会出现“鬼影”目标，主要是SAR模糊指标较低所致，需要对模糊度指标进行提升。2、某些星载SAR图像的信噪比较差，影响对图像上目标的探测能力，主要由于系统灵敏度不够高，因此，有必要提升系统灵敏度指标。3、SCANSAR图像中出现中各子条带间辐射不均匀的“扇贝效应”，主要由卫星姿态误差和波束指向误差影响所致，因此需要对辐射精度进行提升。以上从两个角度分析成像质量提升需求，首先是国外典型应用对于成像提升的需求；其次从在轨SAR卫星应用中的问题和不足分析图像质量提升的需求。在国内外的星载SAR领域，对于高分辨率星载SAR成像质量提升问题，一直缺少一种通用的方法，用于指导提升星载SAR成像质量指标的设计。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其所提出的方法流程清晰、易于实现，对于星载SAR总体设计具有指导意义，具有开创性，适用于其它类型的SAR卫星的成像质量提升研究。根据本专利技术的一个方面，提供一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，基于高分辨率SAR图像应用的成像质量提升需求分析及成像质量指标梳理；步骤二，最优化成像质量指标分解和分配；步骤三，提出提升成像质量的措施；步骤四，基于全链路仿真的成像质量提升效果评估。优选地，所述步骤一中具体包括以下步骤：步骤一十一，基于已有SAR卫星能力不足的现状，考虑SAR图像应用中典型目标地高精度识别和确认需求、高精度测绘需求、精确灾情评估需求；同时，针对当前SAR图像使用中的原理性问题提出成像质量指标提升要求，这些原理性问题包括海陆交界区域的SAR图像模糊度问题、图像信噪比不足、点目标旁瓣问题、定位精度不高问题、SCANSAR图像扇贝问题；步骤一十二，根据需求分析结果梳理成像质量指标体系，并给出量化的提升要求；成像质量指标至少考虑分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、系统灵敏度、方位模糊度、距离模糊度、定位精度和辐射精度。优选地，所述步骤二具体包括以下步骤：步骤二十一，建立成像质量指标公式及其与影响因素的关系模型；方位向地面分辨率其中Vg为成像区位置的地速，Bp为单个目标的多普勒处理带宽，k1为方位向方向图加权展宽系数，k2为成像处理加权展宽系数，k3为多普勒参数误差引起的展宽系数，k4为成像算法引起的展宽系数；距离向地面分辨率其中c为光速，η为入射角，Br为信号带宽，k1为成像处理加权展宽系数，k2为SAR系统幅相误差和色散引起的展宽系数，k3为成像算法引起的展宽系数；峰值旁瓣比PSLR＝PSLR0-ΔPSLR1-ΔPSLR2，其中ΔPSLR1为SAR系统幅相误差和色散引起的旁瓣比下降，ΔPSLR2为成像处理误差引入的旁瓣比下降，PSLR0为特定处理加权下的理论峰值旁瓣比，Psmax为点目标冲激响应的最高旁瓣峰值功率，Pm为点目标冲激响应的主瓣最高峰值功率；积分旁瓣比ISLR＝ISLR0-ΔISLR1-ΔISLR2，其中ΔISLR1为SAR系统幅相误差和色散引起的旁瓣比下降，ΔISLR2为成像处理误差引入的旁瓣比下降，ISLR0为特定处理加权下的理论积分旁瓣比，h(r)为点目标冲激响应函数，积分域(a，b)以内为主瓣区域，主瓣以外为旁瓣区域；系统灵敏度成像区域内最差NEσ0＝max(NEσ0(σa,θr))，其中，Te为系统效噪声温度，k为波尔兹曼常数，L(σa)为系统损耗，Vst为相对地速，σa为方位向目标点位置，R(θr)为目标到雷达距离，λ为载波中心频率波长，为发射峰值功率，tp为发射脉冲时宽，G2(θr)为目标在方向图中相应指向角的增益，ρr为距离向分辨率，fp为发射脉冲重复频率，θr为成像区域内的下视角取值；方位模糊度其中i为方位向成像带内目标点序号，K为目标点数量，i＝1，2……K，σi为方位向目标点位置，N为量化的波束扫描角位置数，fn(σi)为σi目标点的第n个扫描角位置对应的多普勒频率值，n＝1，2，3……N，Δfdc为多普勒中心频率误差，为第n个扫描角位置的多普勒能量谱，fp为脉冲重复频率，m为模糊区序号；距离向模糊度RASR＝max(RASR(τi))，其中式中n为模糊区序号，理论最大值为地球相切时的模糊区序号，为距离向收发双程等效天线方向图，τi为目标i的回波时延，fp为脉冲重复频率，θi为入射角，σ0为场景内目标后向散射系数，R(τi)为观测带内目标i的斜距，R(τi+n/fp)为观测带内目标i的模糊目标的斜距；目标定位精度其中ΔX1为卫星航迹向位置误差引起的方位向定位误差，ΔX2为卫星速度误差引起的方位向定位误差，ΔX3为回波数据时标误差引起的方位向定位误差，ΔR1为卫星垂直于航迹的位置误差引入的定位误差，ΔR2为卫星径向位置误差引入的定位误差，ΔR3为斜距测量误差引入的定位误差，ΔR4为目标高程误差引入的定位误差；辐射精度其中ΔG(φ)为方向图误差，ΔK0为定标常数误差，ΔCalin为SAR系统内定标误差，ΔQ为量化误差，ΔN为噪声电平对辐射精度的影响，ΔAASR、ΔRASR和ΔISLR为方位模糊度、距离模糊度和积分旁瓣比误差对辐射精度的影响，ΔLs为电磁波在传播中的损耗变化，ΔGimg成像处理引入的误差；步骤二十二，建立成像质量指标分解关系图，分解的影响因素包括卫星轨道测量精度、姿态测量精度、卫星供电能力、星上时钟精度、星上数据下传速率及误码率、SAR系统信号带宽、SAR系统幅相误差、SAR天线色散误差、SAR系统噪声系数、系统损耗、SAR天线尺寸、SAR天线辐射功率、SAR天线效率、SAR天线方向图精度、成像处理误差、在轨标定误差、大气和电离层影响、地面数字高程模型；步骤二十三，根据分解关系图对每个成像质量指标进行影响因素的量化分解和分配，从而获得每个成像质量指标实现所需要的卫星系统、空间传输和地面系统的各影响因素指标的提升要求；各影响因素的指标取值的当前实现水平用向量Fact本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，基于高分辨率SAR图像应用的成像质量提升需求分析及成像质量指标梳理；步骤二，最优化成像质量指标分解和分配；步骤三，提出提升成像质量的措施；步骤四，基于全链路仿真的成像质量提升效果评估。

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，基于高分辨率SAR图像应用的成像质量提升需求分析及成像质量指标梳理；步骤二，最优化成像质量指标分解和分配；步骤三，提出提升成像质量的措施；步骤四，基于全链路仿真的成像质量提升效果评估。2.根据权利要求1所述的高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其特征在于，所述步骤一中具体包括以下步骤：步骤一十一，基于已有SAR卫星能力不足的现状，考虑SAR图像应用中典型目标地高精度识别和确认需求、高精度测绘需求、精确灾情评估需求；同时，针对当前SAR图像使用中的原理性问题提出成像质量指标提升要求，这些原理性问题包括海陆交界区域的SAR图像模糊度问题、图像信噪比不足、点目标旁瓣问题、定位精度不高问题、SCANSAR图像扇贝问题；步骤一十二，根据需求分析结果梳理成像质量指标体系，并给出量化的提升要求；成像质量指标至少考虑分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、系统灵敏度、方位模糊度、距离模糊度、定位精度和辐射精度。3.根据权利要求1所述的高分辨率星载SAR成像质量提升方法，其特征在于，所述步骤二具体包括以下步骤：步骤二十一，建立成像质量指标公式及其与影响因素的关系模型；方位向地面分辨率其中Vg为成像区位置的地速，Bp为单个目标的多普勒处理带宽，k1为方位向方向图加权展宽系数，k2为成像处理加权展宽系数，k3为多普勒参数误差引起的展宽系数，k4为成像算法引起的展宽系数；距离向地面分辨率其中c为光速，η为入射角，Br为信号带宽，k1为成像处理加权展宽系数，k2为SAR系统幅相误差和色散引起的展宽系数，k3为成像算法引起的展宽系数；峰值旁瓣比PSLR＝PSLR0-ΔPSLR1-ΔPSLR2，其中ΔPSLR1为SAR系统幅相误差和色散引起的旁瓣比下降，ΔPSLR2为成像处理误差引入的旁瓣比下降，PSLR0为特定处理加权下的理论峰值旁瓣比，Psmax为点目标冲激响应的最高旁瓣峰值功率，Pm为点目标冲激响应的主瓣最高峰值功率；积分旁瓣比ISLR＝ISLR0-ΔISLR1-ΔISLR2，其中ΔISLR1为SAR系统幅相误差和色散引起的旁瓣比下降，ΔISLR2为成像处理误差引入的旁瓣比下降，ISLR0为特定处理加权下的理论积分旁瓣比，h(r)为点目标冲激响应函数，积分域(a，b)以内为主瓣区域，主瓣以外为旁瓣区域；系统灵敏度成像区域内最差NEσ0＝max(NEσ0(σa,θr))，其中，Te为系统效噪声温度，k为波尔兹曼常数，L(σa)为系统损耗，Vst为相对地速，σa为方位向目标点位置，R(θr)为目标到雷达距离，λ为载波中心频率波长，为发射峰值功率，tp为发射脉冲时宽，G2(θr)为目标在方向图中相应指向角的增益，ρr为距离向分辨率，fp为发射脉冲重复频率，θr为成像区域内的下视角取值；方位模糊度其中i为方位向成像带内目标点序号，K为目标点数量，i＝1，2……K，σi为方位向目标点位置，N为量化的波束扫描角位置数，fn(σi)为σi目标点的第n个扫描角位置对应的多普勒频率值，n＝1，2，3……N，Δfdc为多普勒中心频率误差，为第n个扫描角位置的多普勒能量谱，fp为脉冲重复频率，m为模糊区序号；距离向模糊度RASR＝max(RASR(τi))，其中式中n为模糊区序号，理论最大值为地球相切时的模糊区序号，为距离向收发双程等效天线方向图，τi为目标i的回波时延，fp为脉冲重复频率，θi为入射角，σ0为场景内目标后向散射系数，R(τi)为观测带内目标i的斜距，R(τi+n/fp)为观测带内目标i的模糊目标的斜距；目标定位精度其中ΔX1为卫星航迹向位置误差引起的方位向定位误差，ΔX2为卫星速度误差引起的方位向定位误差，ΔX3为回波...

【专利技术属性】
技术研发人员：范季夏，薛伶玲，姜岩，涂上坦，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31