[发明专利]干涉合成孔径雷达高度计波束中心指向设计方法及系统

说明书

本发明提供了一种干涉合成孔径雷达高度计波束中心指向设计方法及系统，包括：输入雷达系统参数及先验海况信息；根据先验海况信息提取对应的海面后向散射系数；设置雷达波束中心指向角；计算观测场景内的噪声后向散射系数；计算主辅SAR图像在观测场景内的信噪比；计算主辅SAR图像在观测场景内的相干系数；计算高度计在观测场景内的最差相对高程精度；重复重复噪声后向散射系数计算至最差相对高程精度计算，迭代求取雷达高度计波束中心指向最优解。本发明对系统硬件无额外需求，可有效解决传统SAR波束中心指向设计引起的InSAR高度计远端测高性能大幅差于近端的问题，进而有效提升星载InSAR高度计对海观测性能。

技术领域

本发明涉及雷达卫星系统设计领域，具体地，涉及干涉合成孔径雷达高度计波束中心指向设计方法及系统。

背景技术

基于干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)体制的星载海面高度计利用两副沿切轨方向安装的SAR天线同时对海观测，并对同时获取的两幅SAR图像进行干涉处理，求取目标点到两雷达天线相位中心的相对距离，进而实现海面高程的解算。雷达干涉高度计可有效克服传统海面底视高度计面临的方位分辨率低、观测幅宽小等问题，实现高分辨率、宽幅、高精度海面高程测算，目前已得到了国内外的普遍关注与研究。其中，美国计划于2020年发射的SWOT系统(Surface Water and OceanTopography,SWOT)由Ka波段的InSAR系统组成，可同时实现近天底点两侧宽测绘带、高精度的高程测量，海面高程测量精度约为1-2cm。

波束中心指向对SAR图像噪声等效后向散射系数(Noise Equivalent SigmaZero,NESZ)及模糊度指标有重要影响，进而影响了星载InSAR高度计测高性能。传统SAR系统以近端和远端噪声等效后向散射系数(Noi se Equivalent Sigma Zero,NESZ)差异最小为优化目标选取波束中心指向。由于海面雷达后向散射系数在近端高于远端，导致InSAR高度计观测场景近端的测高性能优于远端。为提高远端测高性能，SAR系统设计需通过提高发射功率、增大天线面积等方式以达到测高性能的指标要求，这将导致卫星系统重量、体积、功耗增大，加大了卫星的设计难度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种干涉合成孔径雷达高度计波束中心指向设计方法及系统。

根据本发明提供的一种干涉合成孔径雷达高度计波束中心指向设计方法，包括：

信息输入步骤：输入雷达系统参数及先验海况信息；

信息提取步骤：根据先验海况信息提取对应的海面后向散射系数；

雷达波束中心指向角设置步骤：设置雷达波束中心指向角；

噪声后向散射系数计算步骤：根据海面后向散射系数以及雷达波束中心指向角，计算观测场景内的噪声后向散射系数；

信噪比计算步骤：根据得到的噪声后向散射系数，计算主辅SAR图像在观测场景内的信噪比；

相干系数计算步骤：根据得到的信噪比，计算主辅SAR图像在观测场景内的相干系数；

最差相对高程精度计算步骤：根据得到的相干系数，计算高度计在观测场景内的最差相对高程精度；

迭代步骤：更换雷达波束中心指向角，重复噪声后向散射系数计算步骤至最差相对高程精度计算步骤，以观测场景的最差相对高程精度最优为目标，迭代求取雷达高度计波束中心指向最优解。

较佳的，噪声后向散射系数计算步骤包括噪声后向散射系数NEσ₀的计算式：