[发明专利]流速测量中顺轨干涉SAR的多普勒中心误差补偿方法

说明书

本发明涉及一种流速测量中顺轨干涉SAR的多普勒中心误差补偿方法，包含：S1、计算顺轨干涉SAR的海面回波功率谱；S2、根据海面回波自相关函数与海面回波功率谱成傅里叶变换对关系，计算海面回波自相关函数的各阶导数项值；S3、根据顺轨干涉相位近似等于海面回波自相关函数相位的关系，通过海面回波自相关函数的各阶导数项值，计算顺轨干涉相位的各阶导数项值；S4、根据顺轨干涉相位的各阶导数项值，对顺轨干涉SAR的多普勒中心进行补偿。本发明在成像延时较大的情况下，能够补偿由Bragg共振波相速度、波浪轨道速度以及各种调制引起的速度场的高阶速度变化量所产生的多普勒中心误差，提高表面流场速度的测量精度。

技术领域

本发明涉及顺轨干涉SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)的流场速度测量方法，具体是指流速测量中顺轨干涉SAR的多普勒中心误差补偿方法，属于微波遥感技术领域。

背景技术

顺轨干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)在海洋上的一个主要应用是进行流场速度反演，研究表明利用顺轨干涉SAR直接获得的多普勒(Doppler)速度场实际是表面流场速度、布拉格(Bragg)共振波相速度、波浪轨道速度等的叠加，所以想要得到表面流场速度，就需要在多普勒速度中滤除Bragg共振波相速度以及波浪轨道速度这两个分量。

在实际海洋中，洋流是由风场以及海水密度差异等因素而引起的海面整体性漂移，通常情况下在较大范围内变化不大，与Bragg共振波相速度以及波浪轨道速度相比，其是缓变的，所以可以将海表径向多普勒速度场分解为：

其中，v₀是洋流速度径向分量，为Bragg共振波相速度以及波浪轨道速度变化的径向分量。

在顺轨干涉SAR相邻通道的成像延时为Δt时，多普勒速度场ν_D(τ)引起的多普勒中心偏移量可以表示为：

从上式可以发现，利用干涉相位直接获得的Doppler中心除了包含洋流速度和Bragg共振波平均相速度以及波浪轨道速度引起的平均速度变化，还包括Bragg共振波相速度以及波浪轨道速度变化的各阶导数项。然而目前常用的洋流反演算法，基本都忽略了Bragg共振波相速度、波浪轨道速度以及各种调制引起的流速随时间的变化，即：

但该近似只有当成像延时较小时才成立。随着成像延时的增大，Bragg共振波相速度、波浪轨道速度的加速度项、加加速度项等高阶速度变化量产生的多普勒中心偏移量不再可忽略，如不进行补偿将带来较大的流速反演误差。

现有技术中，专利CN1299124C《海洋表层流场的获取方法》，公开日期为2007年2月7日，通过三维海流动力学控制方程对表层流场进行迭代优化。所提方法对选用海洋动力模型的精度要求较高，与本发明的原理和处理思路均不同。

专利CN103630903A《基于顺轨干涉SAR测量海面径向速度的方法》，公开日期为2014年3月12日，利用顺轨方向设置的三幅天线获取三种不同时间延时的干涉相位，从而估算干涉测流中速度偏差的高阶项系数。该技术未涉及回波多普勒谱计算，且高阶项系数计算与本发明的处理方法不同。

专利CN104730518A《一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场方法》，公开日期为2015年6月24日，通过高斯拟合获取海面回波多普勒谱，对非线性短波速度分量滤除，进行流场速度校正。该技术未涉及顺轨干涉SAR技术，也不涉及利用回波多普勒谱计算干涉相位高阶导数。

基于上述，本发明提出一种流速测量中顺轨干涉SAR的多普勒中心误差补偿方法，以解决现有技术中存在的缺点和限制。

发明内容