一種新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)遙感領(lǐng)域，涉及一種新型合成孔徑雷達(dá)角反射器設(shè)計(jì)方 法，是一種消除角反射器雜波影響、并最小化反射板邊緣長(zhǎng)度的新型合成孔徑雷達(dá)角反射 器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明方法原理簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，可用于合成孔徑雷達(dá)高精度定標(biāo)與質(zhì)量評(píng) 價(jià)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著合成孔徑雷達(dá)（SAR)衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展W及全天時(shí)全天候定量遙感應(yīng)用需 求的不斷增長(zhǎng)，對(duì)SAR進(jìn)行在軌高精度定標(biāo)、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要性日益突出。SAR定標(biāo)與 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)通常采用角反射器作為點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行，首先在試驗(yàn)場(chǎng)布設(shè)角反射器，并獲取角 反射器的SAR圖像；在SAR圖像中角反射器表現(xiàn)為具有二維sine函數(shù)形狀的"點(diǎn)"目標(biāo)，呈 十字形，通過(guò)計(jì)算該點(diǎn)目標(biāo)的主瓣功率的半高寬（3地脈寬）評(píng)價(jià)圖像的分辨率；通過(guò)H面 角反射器的理論雷達(dá)橫截面（RCS)與測(cè)量得到雷達(dá)橫截面確定定標(biāo)系數(shù)，W及評(píng)價(jià)福射精 度等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。
[0003] H面角反射器是使用最為廣泛的一類SAR角反射器。目前常見的H面角反射器反 射板形狀有等腰直角H角形、正方形、1/4圓弧等。
[0004] 主要技術(shù)缺陷： (1) SAR載荷定標(biāo)與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)是通過(guò)角反射器的理論RCS值與其在SAR圖像中的 亮度值進(jìn)行對(duì)比從而獲得定標(biāo)系數(shù)；通過(guò)角反射器在圖像中的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)函數(shù)確定圖像的 質(zhì)量指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，角反射器反射板與背景環(huán)境將產(chǎn)生"雷達(dá)-地表-H面角反射 器-雷達(dá)"或"雷達(dá)-H面角反射器-地表-雷達(dá)"的多次散射效應(yīng)。若地面是強(qiáng)反射面， 產(chǎn)生的額外RCS誤差將達(dá)16%。對(duì)于高的福射定標(biāo)精度需求，上述誤差難W接受。
[0005] 2)角反射器反射雷達(dá)波的過(guò)程中，在反射板邊緣存在雷達(dá)波繞射效應(yīng)，此現(xiàn)象對(duì) 于低頻雷達(dá)波更為明顯。該效應(yīng)將使實(shí)際獲取的RCS值與理論RCS值發(fā)生偏差，進(jìn)而降低 SAR定標(biāo)與圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的精度。邊緣繞射效應(yīng)與邊緣長(zhǎng)度成正比，根據(jù)等周定理，現(xiàn)有的 H面角反射器的邊緣長(zhǎng)度在給定反射板面積下，周長(zhǎng)并非最短，因此并不能最優(yōu)地抑制邊 緣繞射效應(yīng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法，通過(guò)該新型的設(shè)計(jì)使 得角反射器能更好地抑制地面雜波影響和邊緣繞射影響。
[0007] 本發(fā)明針對(duì)常規(guī)H面角反射器邊角雜波問(wèn)題，采用全反射器反射器類型的反射 板，亦即所有照射至角反射器一個(gè)反射板的雷達(dá)波都能夠通過(guò)另一個(gè)反射板返回雷達(dá)(不 存在通過(guò)地面反射回雷達(dá)的情況）；其次針對(duì)低頻雷達(dá)波易產(chǎn)生邊緣繞射的問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì) H面角反射器的反射板形狀，使得反射面的邊緣長(zhǎng)度在給定反射板面積下邊緣長(zhǎng)度最短， 從而提高角反射器應(yīng)用于SAR載荷定標(biāo)與圖像質(zhì)量評(píng)估的精度。
[0008] 從上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明具有W下有益效果： (1) 由于采用了全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，角反射器受地表雜波影響小，對(duì)布設(shè)環(huán)境的要求低； (2) 同等角反射器反射板面積下的邊緣長(zhǎng)度較小，受雷達(dá)波繞射效應(yīng)小，RCS精度高； (3) 反射板板材的利用率高。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖； 圖2是本發(fā)明角反射器反射板邊緣曲線一般表達(dá)式； 圖3是a為直線的反射板示意圖； 圖4是a為楠圓弧的反射板示意圖； 圖5是G為圓弧的反射板7]^意圖； 圖6是不同棱長(zhǎng)！時(shí)的圓弧反射板邊長(zhǎng)王； 圖7是采用本發(fā)明設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的一種H面角反射器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法具體步驟如下： A) 利用雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計(jì)算H面角反射器反射板面積立； B) 根據(jù)H面角反射器反射板基本形狀，計(jì)算出面積等于為的候選邊緣曲線參數(shù)，亦 即(亂! ; C) 根據(jù)候選扣!和f數(shù)值對(duì)CwJs'Of，計(jì)算相應(yīng)的H面角反射器反射板的最小邊緣長(zhǎng)度 一； D) 確定整個(gè)反射板的邊緣曲線參數(shù)。
[0011] 詳細(xì)說(shuō)明如下： 步驟A ;利用雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)巧日雷達(dá)波長(zhǎng))、定標(biāo)需求巧日信雜比、定標(biāo)精度)等輸入?yún)?shù)， 計(jì)算H面角反射器反射板面積A。計(jì)算H面角反射器面積是為了保證角反射器的RCS值足 夠大從而確保角反射器能夠在雷達(dá)圖像中可見，同時(shí)避免角反射反射強(qiáng)度過(guò)高引起飽和。
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型合成孔徑雷達(dá)角反射器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 利用雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計(jì)算三面角反射器反射板面積 為； B、 根據(jù)三面角反射器反射板基本形狀，計(jì)算出面積等于為的候選邊緣曲線參數(shù)，亦即 C、 根據(jù)候選妁和I數(shù)值對(duì)CwJX,計(jì)算相應(yīng)的三面角反射器反射板的最小邊緣長(zhǎng)度 iW； D、 確定整個(gè)反射板的邊緣曲線參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述的步驟A中三面角反射器反射板面積為按照下式計(jì)算：
式中及是滿足給定測(cè)量不確定性要求的信雜比，當(dāng)及=14dB時(shí)，測(cè)量不確定性為 +0. 9dB到-0. 8dB;當(dāng)況=20dB時(shí)，測(cè)量不確定性為+0. 4dB到-0. 4dB 為合成孔徑雷達(dá) 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍上限值，〇為角反射器峰值RCS值，內(nèi)1和升為合成孔徑雷達(dá)方位向與地距 向分辨率；為雷達(dá)中心波長(zhǎng)；〇?〇為地面的后向散射系數(shù)；對(duì)于用于機(jī)載合成孔徑雷達(dá)定 標(biāo)與質(zhì)量評(píng)價(jià)的角反射器，取滿足公式（1)的較小為值；對(duì)于用于機(jī)載合成孔徑雷達(dá)定標(biāo) 與質(zhì)量評(píng)價(jià)的角反射器，取滿足公式（1)的較大為值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述的步驟B:根據(jù)反射板邊緣曲線基本形式，通過(guò)一種遍歷方式，計(jì)算出面積等于的所有 候選邊緣曲線形式，包含以下步驟： B1、選擇三面角反射器反射板基本形狀，即確定其邊緣曲線形式： 若選擇直線，則表達(dá)式為：
若選擇橢圓弧，則表達(dá)式為：
若選擇圓弧，則表達(dá)式為：
B2、根據(jù)所選擇的反射板基本形狀以及相應(yīng)的邊緣曲線Ci表達(dá)式，通過(guò)一種遍歷列和i值方法，計(jì)算相應(yīng)反射板面積4：;
式中'表示導(dǎo)數(shù)； B3、根據(jù)下式確定滿足要求的候選為和|值：
式中e表示閾值，取值為0.0001。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述的步驟C:根據(jù)候選列和|數(shù)值對(duì)，計(jì)算相應(yīng)的最小邊緣長(zhǎng)度，包含以下步驟： C1、根據(jù)下式計(jì)算每個(gè)列和J數(shù)值對(duì)的反射板邊緣長(zhǎng)度Z，邊緣長(zhǎng)度與人的關(guān)系式 為：
C2、從計(jì)算的厶中求出最小值，再獲取相應(yīng)的列和|數(shù)值，從而得到滿足要求的邊緣 曲線Q。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型合成孔徑雷達(dá)角反射器及其設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所 述的步驟D:根據(jù)下式確定曲線C2 :
進(jìn)而根據(jù)Ci和C：2關(guān)于占41像確定整個(gè)反射板的形狀。
6. -種采用權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的新型合成孔徑雷達(dá)角反射器。
【專利摘要】一種新型合成孔徑雷達(dá)角反射器的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：利用雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計(jì)算三面角反射器反射板面積 ；根據(jù)反射板邊緣曲線基本形式，計(jì)算出面積等于的候選邊緣曲線形式，亦即；根據(jù)候選和數(shù)值對(duì)，計(jì)算相應(yīng)的最小邊緣長(zhǎng)度；確定整個(gè)反射板的邊緣曲線。本發(fā)明針對(duì)常規(guī)三面角反射器邊角-地面雜波干擾問(wèn)題，采用全反射器類型的反射板，亦即所有沿法線方向照射至角反射器的雷達(dá)波經(jīng)三次反射后都能夠返回雷達(dá)；其次針對(duì)低頻雷達(dá)波易產(chǎn)生反射板邊緣繞射的問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)三面角反射器的反射板形狀，使得反射面的邊緣長(zhǎng)度在給定反射板面積下邊緣長(zhǎng)度最短，從而提高角反射器應(yīng)用于SAR載荷定標(biāo)與圖像質(zhì)量評(píng)估的精度。
【IPC分類】G01S7-40
【公開號(hào)】CN104569937
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510042788
【發(fā)明人】李傳榮, 周勇勝, 馬靈玲, 胡堅(jiān), 唐伶俐, 李子揚(yáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院光電研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日