[发明专利]ScanSAR滚动角估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息行业雷达技术领域，尤其涉及一种基于多个重叠区域数据联合解算的ScanSAR滚动角估计方法。

背景技术

ScanSAR模式是合成孔径雷达的重要模式之一，其主要通过波束在距离向的扫描切换，扩展了观测带宽度，对缩短全球观测周期及检测大规模地表现象等都有着重要意义。由于ScanSAR的宽测绘能力是通过对各个子带进行组合实现的，因此需要保证各个子带的辐射均匀性。而在实际系统中，子带间仍存在一定的辐射不均匀，需要对其进行辐射校正。

影响ScanSAR距离向辐射均匀性的因素主要有三个：一是天线方向图的形状误差，主要是指由于测量导致的天线方向图本身的误差，此误差由外定标技术指标决定；二是滚动角误差引起的天线方向图校正误差，主要是指在辐射校正中由于存在滚动角误差导致距离向天线方向图应用出现错位；三是由其他多种因素引起的波束间相对增益偏差，主要是指各个子带间存在整体性的增益偏差。因此在距离向进行辐射校正的关键就是进行精确的滚动角估计和波束间相对增益估计。

目前，国内外针对ScanSAR模式距离向辐射校正的研究大多针对滚动角估计算法的研究，参考文献1提出通过比较相邻子带的重叠区域的图像等强度点与两个距离向天线方向图的等增益点之间的位置偏差来估计滚动角。参考文献2提出以一定的滚动角估计值计算距离向天线方向图校正函数，比较校正后两子带图像重叠区功率的对比关系后，逐步调制滚动角直至二者相等。参考文献3和参考文献4在滚动角估计中也考虑了波束间相对增益偏差，同时参考文献4的方法在滚动角估计中考虑到了各个子带具有不同的滚动角误差，因此下面着重对参考文献4的基于最小二乘估计的改进算法进行介绍。

考虑第i个子带的图像，对功率取对数，以dB为单位，在方位向上进行平均，可得图像功率随距离向视角θ的变化关系，记为S_i(θ)，则可建立下面的常用模型：

其中，G表示归一化后的系统增益，W_i表示双程距离向天线方向图，I(θ)表示与目标相关的因素，包括散射特性，入射角等，N表示斑点噪声，就是滚动角。

对第i+1个子带，用同样的方式可以得到S_i+1(θ)，将两者相减以消除目标相关的因素并忽略噪声，可得式(2)：

S_i(θ)-S_i+1(θ)＝[G_i-G_i+1]+[W_i(θ+φ_i)-W_i+1(θ+φ_i+1)](2)

在实际工作中，由于波束间相对增益偏差的存在，并不为零，一般来讲波束间相对增益偏差是一个常数，因此引入一个常数h来表示，将式(2)记为：

S_i(θ)-S_i+1(θ)＝[W_i(θ+φ_i)-W_i+1(θ+φ_i+1)]+h(3)

对式中W_i做泰勒展开，记其导数为D_i可得下式：

S_i(θ)-S_i+1(θ)＝[W_i(θ)-W_i+1(θ)]+[φ_iD_i(θ)-φ_i+1D_i+1(θ)]+h(4)

由于距离向视角θ的取值范围为相邻子带重叠区域内的每个距离门对应的距离向视角，因此式(4)所示为一个方程组，可以用矩阵的方法进行求解。为了提高精度，还可以加入迭代的思想，每次求出估计结果与真实值间的偏差，逐次逼近真实值。

值得注意的是，当有多个子带(大于两个)时，式(4)仍是每两个子带进行一次求解，并通过平均的方法对各个子带的滚动角进行最终估计。

参考文献1、2、3的方法都假设了各个子带有相同的滚动角误差，这并不满足实际系统的情况，因此难以获得较高的精度。同时，参考文献1、2的方法还没有考虑波束间相对增益偏差在滚动角估计中的影响，因此估计精度会更差。