ScanSAR滾動角估計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電子信息行業雷達技術領域，尤其涉及一種基于多個重疊區域數據聯 合解算的ScanSAR滾動角估計方法。
【背景技術】
[0002] ScanSAR模式是合成孔徑雷達的重要模式之一，其主要通過波束在距離向的掃描 切換，擴展了觀測帶寬度，對縮短全球觀測周期及檢測大規模地表現象等都有著重要意義。 由于ScanSAR的寬測繪能力是通過對各個子帶進行組合實現的，因此需要保證各個子帶的 輻射均勻性。而在實際系統中，子帶間仍存在一定的輻射不均勻，需要對其進行輻射校正。
[0003] 影響ScanSAR距離向輻射均勻性的因素主要有三個：一是天線方向圖的形狀誤 差，主要是指由于測量導致的天線方向圖本身的誤差，此誤差由外定標技術指標決定；二是 滾動角誤差引起的天線方向圖校正誤差，主要是指在輻射校正中由于存在滾動角誤差導致 距離向天線方向圖應用出現錯位；三是由其他多種因素引起的波束間相對增益偏差，主要 是指各個子帶間存在整體性的增益偏差。因此在距離向進行輻射校正的關鍵就是進行精確 的滾動角估計和波束間相對增益估計。
[0004] 目前，國內外針對ScanSAR模式距離向輻射校正的研究大多針對滾動角估計算法 的研究，參考文獻1提出通過比較相鄰子帶的重疊區域的圖像等強度點與兩個距離向天線 方向圖的等增益點之間的位置偏差來估計滾動角。參考文獻2提出以一定的滾動角估計值 計算距離向天線方向圖校正函數，比較校正后兩子帶圖像重疊區功率的對比關系后，逐步 調制滾動角直至二者相等。參考文獻3和參考文獻4在滾動角估計中也考慮了波束間相對 增益偏差，同時參考文獻4的方法在滾動角估計中考慮到了各個子帶具有不同的滾動角誤 差，因此下面著重對參考文獻4的基于最小二乘估計的改進算法進行介紹。
[0005] 考慮第i個子帶的圖像，對功率取對數，以dB為單位，在方位向上進行平均，可得 圖像功率隨距離向視角Θ的變化關系，記為 Sl(0)，則可建立下面的常用模型：
[0006] 8ι(θ)^Ψ?(Θ + φ?) + ?(θ) + 01+Ν (1)
[0007] 其中，G表示歸一化后的系統增益，示雙程距離向天線方向圖，Ι( Θ )表示與 目標相關的因素，包括散射特性，入射角等，N表示斑點噪聲，約;就是滾動角。
[0008] 對第i+Ι個子帶，用同樣的方式可以得到S1+1( Θ )，將兩者相減以消除目標相關的 因素并忽略噪聲，可得式（2):
[0009] S1 ( Θ ) -S1+1 ( Θ ) = [G1-G1J + [W1 ( θ + φ J -Wi+1 ( θ + φ i+1) ] (2)
[0010] 在實際工作中，由于波束間相對增益偏差的存在，-G=,并不為零，一般來講 波束間相對增益偏差是一個常數，因此引入一個常數h來表示，將式（2)記為：
[0011] S1(Q)-S1^e) = [ΚΘ+ΦΟ-ΚΘ+Φμ)]+!! (3)
[0012] 對式中W1做泰勒展開，記其導數為D 1可得下式：
[0013] 8,(9)-8^(0) = [￥1(θ)-Ιι+1(θ)] + [φι01(θ)-φι+1?1+1(θ)]+Κ (4)
[0014] 由于距離向視角Θ的取值范圍為相鄰子帶重疊區域內的每個距離門對應的距離 向視角，因此式（4)所示為一個方程組，可以用矩陣的方法進行求解。為了提高精度，還可 以加入迭代的思想，每次求出估計結果與真實值間的偏差，逐次逼近真實值。
[0015] 值得注意的是，當有多個子帶（大于兩個）時，式（4)仍是每兩個子帶進行一次求 解，并通過平均的方法對各個子帶的滾動角進行最終估計。
[0016] 參考文獻1、2、3的方法都假設了各個子帶有相同的滾動角誤差，這并不滿足實際 系統的情況，因此難以獲得較高的精度。同時，參考文獻1、2的方法還沒有考慮波束間相對 增益偏差在滾動角估計中的影響，因此估計精度會更差。
[0017] 參考文獻4的方法考慮了各個子帶間滾動角的不同，并同時對滾動角和波束間相 對增益偏差進行了估計，但其解方程的過程中仍存在難以克服的問題，即：當相鄰兩個子 帶的重疊區域天線方向圖的線性性很強時，盡管式（4)所示的方程組中方程個數很多，但 由于各個方程間相關性太強，事實上方程組是欠定的，算法無法實施，此時的估計結果會很 差。而在實際ScanSAR系統中，某些子帶的距離向天線方向圖邊緣的線性性會非常強，這導 致算法難以應用于實際處理系統。
[0018] 另外，以上所有的方法都是只根據兩個子帶的重疊區域的數據分別對各個子帶進 行滾動角估計，當有多個子帶時，相當于忽視了子帶間的相互約束關系，會導致估計精度的 下降。
[0019] 總之，現有方法在估計精度上都不能滿足ScanSAR系統的要求，因此本發明主要 解決的就是滾動角估計方法的精度問題。
[0020] 參考文獻 I :R. Bamler，"Roll Angle Estimation in SIR-C ScanSAR Processing'，，Jet Proplusion Lab，Pasadenna，CA，JPL Interoffice Memo334〇-94-〇30, 1994.
[0021] 參考文獻2 :M. Goulding，"Roll Angle Estimation for ScanSAR Processing in the CDPF"，MacDoald，Dettwilerand Assoc. Ltd，Richmond，BC，Canada，Tech. Rep. 1997.
[0022] 參考文獻 3 :Μ· V. Dragosevic，"Roll Angle Measurement and Compensation Strategy for RADARSAT ScanSAR''，in CEOS SAR Workshop，Toulouse，ECS-CNES，October 26-29,1999.
[0023] 參考文獻4 :李幸，洪峻，"一種基于最小二乘法的星載ScanSAR滾動角迭代估計算 法"，電子與信息學報，vol. 30, no. 9, 2008, PP. 2099-2102.

【發明內容】

[0024] (一）要解決的技術問題
[0025] 鑒于上述技術問題，本發明提供了一種基于多個重疊區域數據聯合解算的 ScanSAR滾動角估計方法，以提高滾動角估計方法的精度。
[0026] (二）技術方案
[0027] 本發明基于多個重疊區域數據聯合解算的ScanSAR滾動角估計方法包括：步驟A : 對于重疊區中N個子帶中第i個子帶的圖像，對功率取對數，在方位向上進行平均，得到圖 像功率隨距離向視角Θ的變化關系，記為S 1(Q),對其進行建模；步驟B:基于迭代方式，對 于N個子帶，將相鄰的第i個和第i+Ι個子帶的模型相減；步驟C :對于N個子帶的N-I個 重疊區中的第i個重疊區，以矩陣的形式表示方程組；步驟D :將關于N-I個重疊區的方程 組合并為一個，并將其轉換為矩陣形式；步驟E :對矩陣形式的關于N-I個重疊區的方程組 進行求解，得到當前估計值與真實值之間的偏差的序列；以及步驟F :基于當前估計值與真 實值之間的偏差的序列的值，采用迭代方式求解滾動角序列的值。
[0028] (三）有益效果
[0029] 從上述技術方案可以看出，本發明基于多個重疊區域數據聯合解算的ScanSAR滾 動角估計方法具有以下有益效果：
[0030] (1)在滾動角估計中聯合考慮了全部重疊區域的數據，利用了各個子帶滾動角的 相互約束關系，估計精度有較大提高，對ScanSAR模式下距離向輻射校正有著重要意義；
[0031] (2)在估計中對距離向天線方向圖的非線性性要求較低，即使子帶重疊區域天線 線性性很強時，也能得到準確的估計結果，有較強的魯棒性。
【附圖說明】
[0032] 圖1為根據本發明實施例基于多個重疊區域數據的ScanSAR滾動角估計方法的流 程圖；
[0033] 圖2為仿真實驗中雙程距離向天線方向圖；
[0034] 圖3為仿真實驗中，加入隨機滾動角誤差和波束間相對增益偏差時，用現有技術 方法及本實施例方法分別得到的估計結果進行距離向輻射校正后殘余誤差情況的對比。
【具體實施方式】
[0035] 本發明提出了一種基于多個重疊區域數據的ScanSAR滾動角估計方法，同時對滾 動角和波束間相對增益偏差進行了估計，提高了二者的估計精度，對ScanSAR模式下距離 向輻射校正有著重要意義。
[0036] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0037] 在本發明的一個示例性實施例中，提供了一種基于多個重疊區域數據的ScanSAR 滾動角估計方法。圖1為根據本發明實施例基于多個重疊區域數據的ScanSAR滾動角估計 方法的流程圖。如圖1所示，本實施例基于多個重疊區域數據的ScanSAR滾動角估計方法 包括：
[0038] 步驟A :對于重疊區中N個子帶中第i個子帶的圖像，對功率取對數，在方位向上 進行平均，得到圖像功率隨距離向視角Θ的變化關系，記為S 1(Q),對其進行建模，得