星载干涉合成孔径雷达系统仿真性能评估方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于星载ＩｎＳＡＲ系统仿真性能评估的方法，技术方案包括下述步骤：步骤一：选择虚拟标志点；步骤二：布设实际标志点；步骤三：雷达回波信号仿真；步骤四：ＩｎＳＡＲ数据处理；步骤五：计算虚拟标志点和实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的相对位置；步骤六：提取实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的位置；步骤七：计算虚拟标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的位置；步骤八：在ＩｎＳＡＲ处理输出的ＤＥＭ中提取虚拟标志点的高斯－克吕格尔平面直角坐标系坐标；步骤九：计算四项ＩｎＳＡＲ性能评估指标。本发明专利技术具有精度高、计算量小和稳健的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波遥感和信号处理的交叉
，特别涉及一种星载干涉合成孔 径雷达系统仿真的性能评估方法。
技术介绍
星载干涉合成孑L径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称 hSAR)系统能够全天候、全天时地获取具有较高空间分辨率和高程精度的数字高程模型 (Digital Elevation Model，简称为DEM)数据。利用DEM数据，可监测地球陆地表面和冰 雪表面的变化情况，进行地震、火山爆发、滑坡和洪水等灾害预测，为农业、林业、渔业等生 产提供帮助，为军事活动提供信息支持。总之，利用^SAR系统获得的DEM数据具有重要的 应用价值和广泛的应用领域。在星载^iSAR系统研发阶段，首要关心的是系统层面的问题，如总体参数选取、 系统性能评估、系统误差分析与补偿等。具有高逼真度、高效率的仿真系统将为系统总体设 计提供工具，可以有效地降低系统研发风险，加快系统设计进程。对于星载MSAR系统仿真 而言，性能评估作为系统性能评价环节，其采用的评估方法是否有效、合理将直接影响系统 仿真结果的可信度。性能评估过程中，使用DEM数据的绝对水平定位精度、相对水平定位精度、绝对测 高精度、相对测高精度四项指标来度量^SAR系统的性能。目前，InSAR系统仿真性能评估 主要围绕如何计算上述四项评估指标而进行。2007年和2008年路兴强、王青松等人在德 国学者Eineder研究的基础上，提出了一种基于理想干涉量的方法来对MSAR系统进行评 估。这种评估方法虽然精度比较高，但是在实际应用中存在两个目前还没有得到有效解决 的问题一是评估所依赖的理想干涉量要全场景逐点计算，运算量非常大，计算效率低；二 是为了提高仿真逼真度，往往需要在雷达信号仿真时注入斜距测量误差、天线波束指向误 差、接收机定时误差和频率源稳定度等系统非理想因素，这些非理想因素的变化特性复杂 多样，不便于用简单数学模型描述，这使得评估所需理想干涉量无法根据解析公式得到准 确计算，性能评估的精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种用于星载^iSAR系统仿真性能评估的方 法，本方法能够克服传统评估方法存在的问题，具有精度高、计算量小和稳健的特点。为实现上述目的，本专利技术技术方案的基本思路是，在仿真场景中选择虚拟标志点 作为评估样本点来计算^SAR系统的四项评估指标。本专利技术的技术方案是，一种，其特 征在于，包括下述步骤步骤一选择虚拟标志点。在仿真输入场景的DEM网格中选择若干个离散点作为虚拟标志点，所述虚拟标 志点在场景中均勻分布，相邻两个虚拟标志点之间的距离大于100个SAR (Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)分辨单元。记录每个虚拟标志点在地心固连坐标系下的三 维坐标。步骤二 布设实际标志点。在仿真输入场景的DEM网格中距离每个虚拟标志点a ()个SAR分辨单元的位置 布设一个实际标志点，设置每个实际标志点的雷达散射截面积b ()分贝平方米()。记录每 个实际标志点在地心固连坐标系三维坐标。步骤三雷达回波信号仿真。采用经典的雷达回波仿真方法，获得仿真输入场景的hSAR回波，包括下述四组 数据主雷达天线相位中心(Antenna Phase Center，简称为APC)位置数据、辅雷达APC位 置数据、仿真输入场景的DEM含实际标志点的主雷达回波数据和仿真输入场景的DEM含实 际标志点的辅雷达回波数据。步骤四JnSAR数据处理。对步骤三仿真得到的四组数据，进行全流程MSAR数据处理，包括SAR成像处理、 图像配准、干涉相位滤波、干涉相位解缠、地面定位和地理编码，得到配准后hSAR主图像、 配准后hSAR辅图像和高斯-克吕格尔平面直角坐标系下的hSAR处理输出的DEM。步骤五计算虚拟标志点和实际标志点在配准后hSAR主图像中的相对位置。所述步骤五包括以下三个步骤第(一)步，利用SAR成像处理时的多普勒中心频率和实际标志点在地心固连坐标系下 的三维坐标数据，计算第i个实际标志点在配准后hSAR主图像中的亚像素级坐标，其中i 表示实际标志点的序号，，N为实际标志点的个数，表示第i个实际标志点在配准后^iSAR主 图像中的方位向坐标，表示第i个实际标志点在配准后hSAR主图像中距离向坐标；第(二)步，利用SAR成像处理时的多普勒中心频率和虚拟标志点在地心固连坐标系下 的三维坐标数据，计算第i个虚拟标志点在配准后hSAR主图像中的亚像素级坐标，其中i 表示虚拟标志点的序号(由于虚拟标志点和实际标志点一一对应，所以这里用同一个字母 表示其序号)，表示第i个虚拟标志点在配准后MSAR主图像中的方位向坐标，表示第i个 虚拟标志点在配准后hSAR主图像中的距离向坐标；第(三)步，使用(公式1)计算出每一个虚拟标志点相对于其对应的实际标志点在配准 后hSAR主图像中的亚像素级相对位置坐标，其中表示方位向的相对位置坐标，表示距离 向的相对位置坐标；(公式1)步骤六提取实际标志点在配准后hSAR主图像中的位置。在配准后hSAR主图像中每个实际标志点所在位置周围取32X32个像素大小的 窗口，对窗口内的数据进行32倍二维sine插值，然后取幅度最大的点所在的位置，即为该 实际标志点在配准后^SAR主图像中的精确位置，其中表示第i个实际标志点在配准后 hSAR主图像中的精确方位向坐标，表示第i个实际标志点在配准后hSAR主图像中的精确 距离向坐标。步骤七计算虚拟标志点在配准后hSAR主图像中的位置；利用步骤五得到的虚拟标志点与实际标志点的相对位置坐标，结合步骤六得到的实际 标志点位置坐标，根据(公式2)求得虚拟标志点在配准后hSAR主图像中的精确位置坐标， 其中表示第i个虚拟标志点在配准后^SAR主图像中的精确方位向坐标，表示第i个虚拟 标志点在配准后MSAR主图像中的精确距离向坐标； (公式2)步骤八在^SAR处理输出的DEM中提取虚拟标志点的高斯-克吕格尔平面直角坐标 系坐标。根据配准后hSAR主图像与hSAR处理输出的DEM的像素对应关系，按照步骤 七得到的虚拟标志点在配准后^SAR主图像中的精确位置坐标，采用线性插值方法提取 InSAR处理输出的DEM中虚拟标志点的高斯_克吕格尔平面直角坐标系下的三维坐标。步骤九计算四项hSAR性能评估指标。将步骤一得到的虚拟标志点在地心固连坐标系下的三维坐标进行坐标变换，得到 每个虚拟标志点在高斯-克吕格尔平面直角坐标系下三维坐标的理想值。结合步骤八得到 的虚拟标志点在hSAR处理输出的DEM中高斯-克吕格尔平面直角坐标系的三维坐标，利 用(公式3)至(公式6)即可分别得到四项^iSAR性能评估指标绝对水平定位精度、相对水 平定位精度、绝对测高精度、相对测高精度。(公式 3) (公式4) (公式5) (公式6)本专利技术的有益效果是本专利技术实现简单、精度高、速度快，稳健性强。(1)实际标志点是 在仿真输入的场景DEM网格上均勻布设的具有较强雷达散射截面积的离散点，在SAR图像 中它们表现为亮点，易于精确提取实际标志点在图像中的位置；(2)虚拟标志点是仿真输 入的场景DEM网格点，与实际标志点一一对应且相距较近，由于虚拟标志点与实际标志点 相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载干涉合成孔径雷达系统仿真性能评估方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一：选择虚拟标志点；在仿真输入场景的ＤＥＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ，数字高程模型）网格中选择若干个离散点作为虚拟标志点，所述虚拟标志点在场景中均匀分布；记录每个虚拟标志点在地心固连坐标系下的三维坐标；步骤二：布设实际标志点；在仿真输入场景的ＤＥＭ网格中距离每个虚拟标志点ａ个ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ，合成孔径雷达）分辨单元的位置布设一个实际标志点，其中；设置每个实际标志点的雷达散射截面积为ｂ分贝平方米，其中；记录每个实际标志点在地心固连坐标系三维坐标；步骤三：雷达回波信号仿真；采用雷达回波仿真方法，获得仿真输入场景的ＩｎＳＡＲ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　Ｒａｄａｒ，星载干涉合成孔径雷达）回波，包括下述四组数据：主雷达ＡＰＣ（Ａｎｔｅｎｎａ　Ｐｈａｓｅ　Ｃｅｎｔｅｒ，天线相位中心）位置数据、辅雷达ＡＰＣ位置数据、含实际标志点的仿真输入场景的ＤＥＭ主雷达回波数据，含实际标志点的仿真输入场景的ＤＥＭ的辅雷达回波数据；步骤四：ＩｎＳＡＲ数据处理；对步骤三得到的四组数据，进行全流程ＩｎＳＡＲ数据处理，包括：ＳＡＲ成像处理、图像配准、干涉相位滤波、干涉相位解缠、地面定位和地理编码，得到配准后ＩｎＳＡＲ主图像、配准后ＩｎＳＡＲ辅图像和高斯－克吕格尔平面直角坐标系下的ＩｎＳＡＲ处理输出的ＤＥＭ；步骤五：计算虚拟标志点和实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的相对位置；所述步骤五包括以下三个步骤：第（一）步，利用ＳＡＲ成像处理时的多普勒中心频率和实际标志点在地心固连坐标系下的三维坐标数据，计算第ｉ个实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的亚像素级坐标，其中ｉ表示实际标志点的序号，，Ｎ为实际标志点的个数，表示第ｉ个实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的方位向坐标，表示第ｉ个实际标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中距离向坐标；第（二）步，利用ＳＡＲ成像处理时的多普勒中心频率和虚拟标志点在地心固连坐标系下的三维坐标数据，计算第ｉ个虚拟标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的亚像素级坐标，其中ｉ表示虚拟标志点的序号，表示第ｉ个虚拟标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的方位向坐标，表示第ｉ个虚拟标志点在配准后ＩｎＳＡＲ主图像中的距离向坐标；第（三）步，使用公式１计算出每一个虚拟标志点相...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余安喜，黄海风，何峰，董臻，张永胜，孙造宇，金光虎，杜湘瑜，王青松，孟智勇，何志华，张永俊，陈祺，李力，李春升，徐华平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：43[]