專利名稱：一種極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，是一種緊密結(jié)合極化干涉合成孔徑雷達(dá)特點(diǎn)和典型應(yīng)用的雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)具有全天候、全天時(shí)、高分辨率等優(yōu)勢(shì)，在過去的五十多年中得以迅猛發(fā)展并廣泛應(yīng)用于軍事偵察、遙感測(cè)繪、地質(zhì)減災(zāi)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中的重要領(lǐng)域。極化干涉合成孔徑雷達(dá)是傳統(tǒng)極化合成孔徑雷達(dá)與干涉合成孔徑雷達(dá)的結(jié)合，它不僅具有極化合成孔徑雷達(dá)對(duì)散射體形狀、指向、介電系數(shù)等參數(shù)敏感的特性，還具有干涉合成孔徑雷達(dá)對(duì)散射體的高度、運(yùn)動(dòng)、形變信息敏感的特性，因此在近十年來得以迅速低發(fā)展，并已成為合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 [1_4]。合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用已經(jīng)逐步由過去的定性應(yīng)用走向定量應(yīng)用(例如由雷達(dá)圖像進(jìn)行目標(biāo)判譯到陸地生物物理參數(shù)的估計(jì))。傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)主要是形成高分辨率圖像，以進(jìn)行目標(biāo)的判讀、識(shí)別。針對(duì)這類定性的應(yīng)用，系統(tǒng)性能評(píng)估主要依靠圖像的分辨率高低、信噪比大小、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。然而隨著技術(shù)的發(fā)展，新一代的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)(如干涉合成孔徑雷達(dá)、極化干涉合成孔徑雷達(dá))更多地是面向?qū)Φ赜^測(cè)定量應(yīng)用，如地形高度估計(jì)、森林高度、生物量估計(jì)、農(nóng)作物高度估計(jì)等等，這類系統(tǒng)的性能與典型應(yīng)用的性能緊密相關(guān)。干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的性能評(píng)估方法一方面是根據(jù)干涉相位的相干性進(jìn)行評(píng)估[1]，另一方面是基于其數(shù)字高程模型的應(yīng)用，考察其最終高程估計(jì)誤差的大小進(jìn)行評(píng)估 [2’3]。在后者的評(píng)估方法中，系統(tǒng)參數(shù)和高程測(cè)量精度之間有確定的關(guān)系式，因此高程測(cè)量誤差可由系統(tǒng)參數(shù)給出，從而可評(píng)估系統(tǒng)的性能。極化干涉合成孔徑雷達(dá)技術(shù)是近十年來發(fā)展起來的新技術(shù)[4_7]，它是極化技術(shù)與干涉技術(shù)的結(jié)合，可以通過常規(guī)極化合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的干涉測(cè)量或常規(guī)干涉合成孔徑雷達(dá)升級(jí)到全極化合成孔徑雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)。然而這類升級(jí)方法是否有效應(yīng)用，需要一種針對(duì)極化干涉合成孔徑雷達(dá)的評(píng)估方法對(duì)其進(jìn)行可行性分析。由于極化干涉合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用對(duì)象與常規(guī)極化合成孔徑雷達(dá)、干涉合成孔徑雷達(dá)不同，因此需要一種針對(duì)極化干涉合成孔徑雷達(dá)定量應(yīng)用(例如森林參數(shù)估計(jì)、農(nóng)作物參數(shù)估計(jì))的性能評(píng)估方法。Krieger等人根據(jù)極化干涉合成孔徑雷達(dá)具有區(qū)分不同高度散射中心的能力，提出了相位管的系統(tǒng)性能分析方法[8’9]，但是這一方法還不是直接針對(duì)典型應(yīng)用的評(píng)估方法， 它類似于干涉成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估中“去相干性分析”的評(píng)估方法。目前直接針對(duì)典型應(yīng)用的評(píng)估方法較少，難點(diǎn)主要是極化干涉合成孔徑雷達(dá)典型應(yīng)用(如森林高度)與雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)之間是用復(fù)雜相干散射模型[1°’11]進(jìn)行聯(lián)系的，兩者之間沒有如干涉合成孔徑雷達(dá)那樣，其系統(tǒng)參數(shù)和高程誤差之間有直接定量的關(guān)系表達(dá)式，因此解析地分析極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用性能難以進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的公開一種極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法，通過數(shù)據(jù)仿真、參數(shù)估計(jì)以及設(shè)定值和估計(jì)值的比較，來評(píng)估極化干涉系統(tǒng)的典型應(yīng)用性能。通過該性能評(píng)估方法，可以較全面地評(píng)估一個(gè)極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的性能，解決了極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的性能評(píng)估問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法，包含系統(tǒng)典型應(yīng)用的性能評(píng)估， 其包括如下步驟A)利用極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)及典型目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)計(jì)算干涉去相干大?。籅)根據(jù)極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)定的典型目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)，仿真極化干涉合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)；C)基于B)步所獲得的數(shù)據(jù)重新估計(jì)目標(biāo)場(chǎng)景的參數(shù)；D)通過目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)的設(shè)定值和估計(jì)值的比較，評(píng)估該極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用性能。所述的評(píng)估方法，其所述步驟A)中，干涉去相干的計(jì)算包含如下步驟 Al、計(jì)算體散射去相干的大小
權(quán)利要求
1. 一種極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法，包含系統(tǒng)典型應(yīng)用的性能評(píng)估，其特征在于，包括如下步驟A)利用極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)及典型目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)計(jì)算干涉去相干大B)根據(jù)極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)及設(shè)定的典型目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)，仿真極化干涉合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)；C)基于B)步所獲得的數(shù)據(jù)重新估計(jì)目標(biāo)場(chǎng)景的參數(shù)；D)通過目標(biāo)場(chǎng)景參數(shù)的設(shè)定值和估計(jì)值的比較，評(píng)估該極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用性能。
2.如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟A)中，干涉去相干的計(jì)算包含如下步驟Al、計(jì)算體散射去相干的大小U—⑷纖⑴式中Φο為地形相位；眾)為地體幅度比，眾表示不同極化狀態(tài)；表示純體散射去相干‘ 2σ其中·~ _ ρ epAYv =---^rP\ eP =-COS^P1=P + κζ(2)κΒ,κ_ =丄HtanO式中、和O分別為典型目標(biāo)場(chǎng)景的高度和衰減系數(shù)，θ為入射角，Kz為垂直波數(shù)， Β±為垂直基線，λ為雷達(dá)波長(zhǎng)，H為平臺(tái)高度，κ為波數(shù)，對(duì)于雷達(dá)交替工作模式，其值為 κ =4 π/λ，對(duì)于雷達(dá)單發(fā)模式，其值為κ =2π/λ Α2、計(jì)算雷達(dá)系統(tǒng)熱噪聲去相干大小ν =_！_SNR=-^L-(3)^snr 1 + SNR-1' NEcr0式中SNR為雷達(dá)信噪比，％為雷達(dá)歸一化后向散射系數(shù)，ΝΕσ。為系統(tǒng)噪聲等效后向散射系數(shù)；A3、計(jì)算數(shù)據(jù)處理中配準(zhǔn)去相干大小_ Sin(^g) Sin(^z)rC°reS “ ⑷式中、8和Saz分別為距離向和方位向的配準(zhǔn)像素精度； A4、計(jì)算雷達(dá)系統(tǒng)模糊去相干大小yA h=！---！(5)/Amb 1 +J1asr 1 + AASR式中RASR和AASR分別為距離向和方位向的模糊-信號(hào)比； A5、估計(jì)量化去相干大小若為2+2比特量化，其量化去相干大小約為YQuant = 0. 895 ； 若為3+3比特量化，其量化去相干大小約為YQuant = 0. 966 ； 若為4+4比特量化，其量化去相干大小約為YQuant = 0. 991 ； 若為5+5比特量化，其量化去相干大小約為YQuant = 0. 997 ；A6、若極化干渉合成孔徑雷達(dá)為重復(fù)飛行獲取數(shù)據(jù)，則還需計(jì)算時(shí)間去相干大小，評(píng)估 不同時(shí)間去相干時(shí)的系統(tǒng)性能；時(shí)間去相干的ー個(gè)粗略計(jì)算公式為
3.如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在干，所述步驟B)，具體步驟為 Bi、利用RVoG模型計(jì)算T6矩陣
4.如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在干，所述步驟C)中，基于所獲得的數(shù)據(jù)重新 計(jì)算典型目標(biāo)場(chǎng)景的參數(shù)，包含以下步驟Cl、計(jì)算HV和HH-VV極化的干涉復(fù)相干系數(shù) < *
5.如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，所述步驟D)，具體包含如下步驟 D1、改變典型目標(biāo)場(chǎng)景高度設(shè)定值，重復(fù)A、B、C步驟。D2、比較典型目標(biāo)場(chǎng)景高度的設(shè)定值和估計(jì)值之間的誤差，評(píng)估極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用性能。
6.如權(quán)利要求1所述的評(píng)估方法，其特征在于，所述典型目標(biāo)場(chǎng)景為森林。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估方法，涉及合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，該方法首先將極化干涉合成孔徑雷達(dá)的系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)干涉性能的表征參數(shù)(干涉相干性和干涉相位估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差)建立聯(lián)系。給定典型應(yīng)用場(chǎng)景的參數(shù)，通過一種簡(jiǎn)化有效的極化干涉數(shù)據(jù)仿真方法，得到數(shù)據(jù)。接著利用該數(shù)據(jù)重新計(jì)算出典型應(yīng)用場(chǎng)景的參數(shù)，通過比較可分析參數(shù)估計(jì)性能從而評(píng)估極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性能。本發(fā)明方法原理簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，可用于未來星載和機(jī)載極化干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的性能的評(píng)估、比較及其典型應(yīng)用的可行性分析。
文檔編號(hào)G01S7/40GK102401892SQ201010287638
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者周勇勝, 洪文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所