專利名稱：星載干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真性能評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波遙感和信號(hào)處理的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種星載干涉合成孔 徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真的性能評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
星載干涉合成孑L徑雷達(dá)(Interferometric Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱 hSAR)系統(tǒng)能夠全天候、全天時(shí)地獲取具有較高空間分辨率和高程精度的數(shù)字高程模型 (Digital Elevation Model，簡(jiǎn)稱為DEM)數(shù)據(jù)。利用DEM數(shù)據(jù)，可監(jiān)測(cè)地球陸地表面和冰 雪表面的變化情況，進(jìn)行地震、火山爆發(fā)、滑坡和洪水等災(zāi)害預(yù)測(cè)，為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等生 產(chǎn)提供幫助，為軍事活動(dòng)提供信息支持?？傊?，利用^SAR系統(tǒng)獲得的DEM數(shù)據(jù)具有重要的 應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在星載^iSAR系統(tǒng)研發(fā)階段，首要關(guān)心的是系統(tǒng)層面的問題，如總體參數(shù)選取、 系統(tǒng)性能評(píng)估、系統(tǒng)誤差分析與補(bǔ)償?shù)?。具有高逼真度、高效率的仿真系統(tǒng)將為系統(tǒng)總體設(shè) 計(jì)提供工具，可以有效地降低系統(tǒng)研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，加快系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)程。對(duì)于星載MSAR系統(tǒng)仿真 而言，性能評(píng)估作為系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，其采用的評(píng)估方法是否有效、合理將直接影響系統(tǒng) 仿真結(jié)果的可信度。性能評(píng)估過程中，使用DEM數(shù)據(jù)的絕對(duì)水平定位精度、相對(duì)水平定位精度、絕對(duì)測(cè) 高精度、相對(duì)測(cè)高精度四項(xiàng)指標(biāo)來度量^SAR系統(tǒng)的性能。目前，InSAR系統(tǒng)仿真性能評(píng)估 主要圍繞如何計(jì)算上述四項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)而進(jìn)行。2007年和2008年路興強(qiáng)、王青松等人在德 國(guó)學(xué)者Eineder研究的基礎(chǔ)上，提出了一種基于理想干涉量的方法來對(duì)MSAR系統(tǒng)進(jìn)行評(píng) 估。這種評(píng)估方法雖然精度比較高，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個(gè)目前還沒有得到有效解決 的問題一是評(píng)估所依賴的理想干涉量要全場(chǎng)景逐點(diǎn)計(jì)算，運(yùn)算量非常大，計(jì)算效率低；二 是為了提高仿真逼真度，往往需要在雷達(dá)信號(hào)仿真時(shí)注入斜距測(cè)量誤差、天線波束指向誤 差、接收機(jī)定時(shí)誤差和頻率源穩(wěn)定度等系統(tǒng)非理想因素，這些非理想因素的變化特性復(fù)雜 多樣，不便于用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型描述，這使得評(píng)估所需理想干涉量無法根據(jù)解析公式得到準(zhǔn) 確計(jì)算，性能評(píng)估的精度難以保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于星載^iSAR系統(tǒng)仿真性能評(píng)估的方 法，本方法能夠克服傳統(tǒng)評(píng)估方法存在的問題，具有精度高、計(jì)算量小和穩(wěn)健的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的基本思路是，在仿真場(chǎng)景中選擇虛擬標(biāo)志點(diǎn) 作為評(píng)估樣本點(diǎn)來計(jì)算^SAR系統(tǒng)的四項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種星載干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真性能評(píng)估方法，其特 征在于，包括下述步驟步驟一選擇虛擬標(biāo)志點(diǎn)。在仿真輸入場(chǎng)景的DEM網(wǎng)格中選擇若干個(gè)離散點(diǎn)作為虛擬標(biāo)志點(diǎn)，所述虛擬標(biāo) 志點(diǎn)在場(chǎng)景中均勻分布，相鄰兩個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)之間的距離大于100個(gè)SAR (Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá))分辨單元。記錄每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下的三 維坐標(biāo)。步驟二 布設(shè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)。在仿真輸入場(chǎng)景的DEM網(wǎng)格中距離每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)a ()個(gè)SAR分辨單元的位置 布設(shè)一個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)，設(shè)置每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的雷達(dá)散射截面積b ()分貝平方米()。記錄每 個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系三維坐標(biāo)。步驟三雷達(dá)回波信號(hào)仿真。采用經(jīng)典的雷達(dá)回波仿真方法，獲得仿真輸入場(chǎng)景的hSAR回波，包括下述四組 數(shù)據(jù)主雷達(dá)天線相位中心(Antenna Phase Center，簡(jiǎn)稱為APC)位置數(shù)據(jù)、輔雷達(dá)APC位 置數(shù)據(jù)、仿真輸入場(chǎng)景的DEM含實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的主雷達(dá)回波數(shù)據(jù)和仿真輸入場(chǎng)景的DEM含實(shí) 際標(biāo)志點(diǎn)的輔雷達(dá)回波數(shù)據(jù)。步驟四JnSAR數(shù)據(jù)處理。對(duì)步驟三仿真得到的四組數(shù)據(jù)，進(jìn)行全流程MSAR數(shù)據(jù)處理，包括SAR成像處理、 圖像配準(zhǔn)、干涉相位濾波、干涉相位解纏、地面定位和地理編碼，得到配準(zhǔn)后hSAR主圖像、 配準(zhǔn)后hSAR輔圖像和高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的hSAR處理輸出的DEM。步驟五計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的相對(duì)位置。所述步驟五包括以下三個(gè)步驟
第(一)步，利用SAR成像處理時(shí)的多普勒中心頻率和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下 的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的亞像素級(jí)坐標(biāo)，其中i 表示實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，，N為實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的個(gè)數(shù)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^iSAR主 圖像中的方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中距離向坐標(biāo)；
第(二)步，利用SAR成像處理時(shí)的多普勒中心頻率和虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下 的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的亞像素級(jí)坐標(biāo)，其中i 表示虛擬標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)(由于虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，所以這里用同一個(gè)字母 表示其序號(hào))，表示第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中的方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè) 虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的距離向坐標(biāo)；
第(三)步，使用(公式1)計(jì)算出每一個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn) 后hSAR主圖像中的亞像素級(jí)相對(duì)位置坐標(biāo)，其中表示方位向的相對(duì)位置坐標(biāo)，表示距離 向的相對(duì)位置坐標(biāo)；
(公式1)
步驟六提取實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的位置。在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)所在位置周圍取32X32個(gè)像素大小的 窗口，對(duì)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行32倍二維sine插值，然后取幅度最大的點(diǎn)所在的位置，即為該 實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確位置，其中表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后 hSAR主圖像中的精確方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的精確 距離向坐標(biāo)。
步驟七計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的位置；
利用步驟五得到的虛擬標(biāo)志點(diǎn)與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的相對(duì)位置坐標(biāo)，結(jié)合步驟六得到的實(shí)際 標(biāo)志點(diǎn)位置坐標(biāo)，根據(jù)(公式2)求得虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的精確位置坐標(biāo)， 其中表示第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)虛擬 標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中的精確距離向坐標(biāo)； (公式2)
步驟八在^SAR處理輸出的DEM中提取虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo) 系坐標(biāo)。根據(jù)配準(zhǔn)后hSAR主圖像與hSAR處理輸出的DEM的像素對(duì)應(yīng)關(guān)系，按照步驟 七得到的虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確位置坐標(biāo)，采用線性插值方法提取 InSAR處理輸出的DEM中虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯_克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。步驟九計(jì)算四項(xiàng)hSAR性能評(píng)估指標(biāo)。將步驟一得到的虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到 每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)的理想值。結(jié)合步驟八得到 的虛擬標(biāo)志點(diǎn)在hSAR處理輸出的DEM中高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，利 用(公式3)至(公式6)即可分別得到四項(xiàng)^iSAR性能評(píng)估指標(biāo)絕對(duì)水平定位精度、相對(duì)水 平定位精度、絕對(duì)測(cè)高精度、相對(duì)測(cè)高精度。(公式 3) (公式4) (公式5) (公式6)
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、精度高、速度快，穩(wěn)健性強(qiáng)。(1)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)是 在仿真輸入的場(chǎng)景DEM網(wǎng)格上均勻布設(shè)的具有較強(qiáng)雷達(dá)散射截面積的離散點(diǎn)，在SAR圖像 中它們表現(xiàn)為亮點(diǎn)，易于精確提取實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在圖像中的位置；(2)虛擬標(biāo)志點(diǎn)是仿真輸 入的場(chǎng)景DEM網(wǎng)格點(diǎn)，與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)且相距較近，由于虛擬標(biāo)志點(diǎn)與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn) 相距較近，可以采用成像多普勒參數(shù)精確計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的相對(duì)位置，該計(jì) 算過程對(duì)信號(hào)仿真時(shí)注入的非理想因素不敏感；(3)根據(jù)虛擬標(biāo)志點(diǎn)與實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的相對(duì) 位置以及實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在圖像中的位置，可得到虛擬標(biāo)志點(diǎn)在圖像中的位置，其計(jì)算精度接 近圖像中的強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)位置提取精度；(4)虛擬標(biāo)志點(diǎn)只是仿真輸入的場(chǎng)景DEM的一部分樣 本點(diǎn)，與傳統(tǒng)評(píng)估方法的全場(chǎng)景計(jì)算相比計(jì)算量明顯降低。


圖1是本發(fā)明評(píng)估方法的流程示意圖； 圖2是是仿真系統(tǒng)的主要參數(shù)；
圖3是仿真輸入的場(chǎng)景DEM圖例；
圖4是虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在仿真輸入的場(chǎng)景DEM中的分布示意圖； 圖5是hSAR處理輸出的DEM圖例； 圖6是虛擬標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)于實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的位置坐標(biāo)； 圖7是實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)位置坐標(biāo)；圖8是虛擬標(biāo)志點(diǎn)位置坐標(biāo)；
圖9是虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的測(cè)量值； 圖10是虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的理想值； 圖11是MSAR性能指標(biāo)評(píng)估結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例所用的仿真參數(shù)見表2，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)載頻為9. 65GHz，天線方位向尺寸 為4. 8m，距離向尺寸為0. 7m，系統(tǒng)方位向SAR分辨單元為3m，距離向SAR分辨單元為1. :3m。本實(shí)施例的仿真輸入的場(chǎng)景DEM如圖3所示，為我國(guó)河北省尚義地區(qū)一塊 3kmX 3km的坡度平緩的山地，高程最小值為0. 11米，高程最大值為114. 6米，高程平均值為 99. 5米，高程標(biāo)準(zhǔn)差為56. 6米，坡度最大值為0. 8(^696，坡度平均值為0. 162504。圖1為本發(fā)明星載干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真性能評(píng)估方法的流程示意圖。對(duì)本 實(shí)施例按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行下述步驟
步驟一，選擇虛擬標(biāo)志點(diǎn)；
在仿真輸入的場(chǎng)景DEM網(wǎng)格中選定16個(gè)均勻分布的虛擬標(biāo)志點(diǎn)，相鄰兩個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn) 的距離約500米(大于100個(gè)SAR分辨單元，即300米)。步驟二，布設(shè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)；
在仿真輸入的場(chǎng)景DEM網(wǎng)格中，在距離每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)100米(30個(gè)SAR分辨單元為 90米，40個(gè)SAR分辨單元為120米)的位置布設(shè)一個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)，每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的雷達(dá)散 射截面積設(shè)為20分貝平方米，以保證每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)在SAR圖像中的坐標(biāo)都能夠通過二維插值 精確提取。圖4為本實(shí)施例中虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在仿真場(chǎng)景中的分布示意圖，其中 “ * ”表示虛擬標(biāo)志點(diǎn)位置，“Δ”表示實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)位置，圖中共有16個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)和16個(gè) 實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)。需要指出的是本實(shí)施例中在仿真場(chǎng)景中只選定了 16個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，在本評(píng)估方法的 實(shí)際應(yīng)用中，虛擬標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)目可以在滿足相鄰兩個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)距離大于100個(gè)SAR分辨 單元的前提下盡可能多的布設(shè)。步驟三，雷達(dá)回波信號(hào)仿真；
采用的雷達(dá)回波仿真方法，獲得仿真輸入場(chǎng)景的^SAR回波，參照博士學(xué)位論文《天基 分布式SAR系統(tǒng)多任務(wù)仿真研究》(國(guó)防科技大學(xué)，王敏，2007. 12，第65頁至第90頁)所述 的星載MSAR信號(hào)仿真方法，得到主雷達(dá)APC位置數(shù)據(jù)、輔雷達(dá)APC位置數(shù)據(jù)、仿真輸入的 場(chǎng)景DEM (含實(shí)際標(biāo)志點(diǎn))的主雷達(dá)回波數(shù)據(jù)和仿真輸入的場(chǎng)景DEM (含實(shí)際標(biāo)志點(diǎn))的輔 雷達(dá)回波數(shù)據(jù)。步驟四，InSAR數(shù)據(jù)處理；
對(duì)步驟三仿真得到的四組數(shù)據(jù)，進(jìn)行全流程MSAR數(shù)據(jù)處理，包括SAR成像處理、圖像 配準(zhǔn)、干涉相位濾波、干涉相位解纏、地面定位和地理編碼，這里對(duì)采用的hSAR數(shù)據(jù)處理 方法參見《星載合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量》(科學(xué)出版社，2002年，王超等著，第67頁至第84 頁)。對(duì)步驟三得到的四組數(shù)據(jù)進(jìn)行全流程處理得到配準(zhǔn)后后主圖像和MSAR處理輸出的 DEM。圖5為高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的hSAR處理輸出的DEM數(shù)據(jù)，方位向采樣點(diǎn)數(shù)為1089，距離向采樣點(diǎn)數(shù)為1045，方位向和距離向的采樣間隔都為:3m。。步驟五，計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后的hSAR主圖像中的相對(duì)位置坐 標(biāo)；
其中利用成像參考多普勒中心頻率計(jì)算實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)和虛擬標(biāo)志點(diǎn)在^SAR主圖像中 的位置坐標(biāo)的方法參見碩士論文《天基^SAR理想干涉量的仿真與應(yīng)用研究》(國(guó)防科技大 學(xué)，2009年，王青松，第27頁至第四頁)3. 1. 1節(jié)。表6為評(píng)估流程步驟五計(jì)算得到的每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的實(shí)際標(biāo)志點(diǎn) 在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的相對(duì)位置坐標(biāo)。其中，第一列表示虛擬標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，第二列為 方位向相對(duì)位置坐標(biāo)，第三列為距離向相對(duì)位置坐標(biāo)。步驟六，提取實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的位置坐標(biāo)；
表7為評(píng)估流程步驟六使用二維插值得到的16個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像 中的位置坐標(biāo)，本例中插值倍數(shù)為32倍。其中，第一列為實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，第二列為實(shí)際 標(biāo)志點(diǎn)方位向位置坐標(biāo)，第三列為實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)距離向位置坐標(biāo)。步驟七，計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的位置坐標(biāo)；
表8為評(píng)估流程步驟七計(jì)算得到的16個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精 確位置坐標(biāo)。其中，第一列為虛擬標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，第二列為虛擬標(biāo)志點(diǎn)方位向精確位置坐 標(biāo)，第三列為虛擬標(biāo)志點(diǎn)距離向位置坐標(biāo)。步驟八，在hSAR處理輸出的DEM中提取虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯-克呂格爾平面直角 坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；
步驟八坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到的16個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的理想 值見表9，表中和代表了虛擬標(biāo)志點(diǎn)的理想水平位置，代表虛擬標(biāo)志點(diǎn)的理想高程。步驟八 插值提取得到的16個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)測(cè)量值 見表10，表中和代表了虛擬標(biāo)志點(diǎn)水平位置的測(cè)量值，代表虛擬標(biāo)志點(diǎn)高程的測(cè)量值。步驟九，計(jì)算四項(xiàng)hSAR性能評(píng)估指標(biāo)、、和。步驟九計(jì)算得到的hSAR四項(xiàng)性能指標(biāo)的結(jié)果見表7。其中，第一列為四個(gè)hSAR 性能評(píng)估指標(biāo)，第二列為相應(yīng)指標(biāo)的評(píng)估值。根據(jù)表2給出的系統(tǒng)參數(shù)，利用論文《分布式 MSAR三維定位的閉合形式解及其精度分析》(谷德峰等，電子學(xué)報(bào)，2007年，第36卷，第7 期，第10 頁至第1031頁)給出的方法可以計(jì)算得出相應(yīng)指標(biāo)的理論計(jì)算值。四個(gè)MSAR 性能評(píng)估指標(biāo)的理論值在表7的第三列。從表11可以看出使用本評(píng)估方法得到的四個(gè)^SAR性能評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估值與相 應(yīng)的理論值差異均小于0. 1米，說明本方法具有較高的精度。
權(quán)利要求
1. 一種星載干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真性能評(píng)估方法，其特征在于，包括下述步驟 步驟一選擇虛擬標(biāo)志點(diǎn)；在仿真輸入場(chǎng)景的DEM (Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)網(wǎng)格中選擇若干 個(gè)離散點(diǎn)作為虛擬標(biāo)志點(diǎn)，所述虛擬標(biāo)志點(diǎn)在場(chǎng)景中均勻分布；記錄每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地 心固連坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)； 步驟二 布設(shè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)；在仿真輸入場(chǎng)景的DEM網(wǎng)格中距離每個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)a個(gè)SAR (Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達(dá))分辨單元的位置布設(shè)一個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)，其中；設(shè)置每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的 雷達(dá)散射截面積為b分貝平方米，其中；記錄每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系三維坐標(biāo)； 步驟三雷達(dá)回波信號(hào)仿真；采用雷達(dá)回波仿真方法，獲得仿真輸入場(chǎng)景的hSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar，星載干涉合成孔徑雷達(dá))回波，包括下述四組數(shù)據(jù)主雷達(dá)APC (Antenna Phase Center，天線相位中心)位置數(shù)據(jù)、輔雷達(dá)APC位置數(shù)據(jù)、含實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的仿真輸入場(chǎng) 景的DEM主雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，含實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的仿真輸入場(chǎng)景的DEM的輔雷達(dá)回波數(shù)據(jù)； 步驟四JnSAR數(shù)據(jù)處理；對(duì)步驟三得到的四組數(shù)據(jù)，進(jìn)行全流程hSAR數(shù)據(jù)處理，包括SAR成像處理、圖像配 準(zhǔn)、干涉相位濾波、干涉相位解纏、地面定位和地理編碼，得到配準(zhǔn)后hSAR主圖像、配準(zhǔn)后 InSAR輔圖像和高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的hSAR處理輸出的DEM ； 步驟五計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的相對(duì)位置； 所述步驟五包括以下三個(gè)步驟第(一)步，利用SAR成像處理時(shí)的多普勒中心頻率和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下 的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的亞像素級(jí)坐標(biāo)，其中i 表示實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，，N為實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)的個(gè)數(shù)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^iSAR主 圖像中的方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中距離向坐標(biāo)；第(二)步，利用SAR成像處理時(shí)的多普勒中心頻率和虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下 的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的亞像素級(jí)坐標(biāo)，其中i 表示虛擬標(biāo)志點(diǎn)的序號(hào)，表示第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^iSAR主圖像中的方位向坐標(biāo)，表 示第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的距離向坐標(biāo)；第(三)步，使用公式1計(jì)算出每一個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后 hSAR主圖像中的亞像素級(jí)相對(duì)位置坐標(biāo)，其中表示方位向的相對(duì)位置坐標(biāo)，表示距離向的 相對(duì)位置坐標(biāo)；(公式1)步驟六提取實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主圖像中的位置；在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中每個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)所在位置周圍取32X32個(gè)像素大小的窗口， 對(duì)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行32倍二維sine插值，然后取幅度最大的點(diǎn)所在的位置，即為該實(shí)際標(biāo) 志點(diǎn)在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中的精確位置，其中表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后hSAR主 圖像中的精確方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確距離向 坐標(biāo)；步驟七計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中的位置；根據(jù)公式2求虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后MSAR主圖像中的精確位置坐標(biāo)，其中表示第i個(gè) 虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確方位向坐標(biāo)，表示第i個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后 hSAR主圖像中的精確距離向坐標(biāo)；(公式2)步驟八在^SAR處理輸出的DEM中提取虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo) 系坐標(biāo)；根據(jù)配準(zhǔn)后hSAR主圖像與hSAR處理輸出的DEM的像素對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及按照步驟 七得到的虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后^SAR主圖像中的精確位置坐標(biāo)，采用線性插值方法提取 InSAR處理輸出的DEM中虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；步驟九計(jì)算四項(xiàng)^SAR性能評(píng)估指標(biāo)；將步驟一得到的虛擬標(biāo)志點(diǎn)在地心固連坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到每個(gè) 虛擬標(biāo)志點(diǎn)在高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)的理想值；利用公式3至公式6 得到四項(xiàng)^SAR性能評(píng)估指標(biāo)絕對(duì)水平定位精度、相對(duì)水平定位精度、絕對(duì)測(cè)高精度、相 對(duì)測(cè)高精度；(公式3)(公式4)(公式5)(公式6)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)仿真性能評(píng)估方法，其特征在 于，相鄰兩個(gè)虛擬標(biāo)志點(diǎn)之間的距離大于100個(gè)SAR分辨單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于星載InSAR系統(tǒng)仿真性能評(píng)估的方法，技術(shù)方案包括下述步驟步驟一選擇虛擬標(biāo)志點(diǎn)；步驟二布設(shè)實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)；步驟三雷達(dá)回波信號(hào)仿真；步驟四InSAR數(shù)據(jù)處理；步驟五計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)和實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后InSAR主圖像中的相對(duì)位置；步驟六提取實(shí)際標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后InSAR主圖像中的位置；步驟七計(jì)算虛擬標(biāo)志點(diǎn)在配準(zhǔn)后InSAR主圖像中的位置；步驟八在InSAR處理輸出的DEM中提取虛擬標(biāo)志點(diǎn)的高斯-克呂格爾平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)；步驟九計(jì)算四項(xiàng)InSAR性能評(píng)估指標(biāo)。本發(fā)明具有精度高、計(jì)算量小和穩(wěn)健的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S7/40GK102073035SQ201010585968
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者何峰, 何志華, 余安喜, 孫造宇, 孟智勇, 張永俊, 張永勝, 徐華平, 李力, 李春升, 杜湘瑜, 王青松, 董臻, 金光虎, 陳祺, 黃海風(fēng) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 北京航空航天大學(xué)