一種新型合成孔徑雷達角反射器及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合成孔徑雷達遙感領(lǐng)域，涉及一種新型合成孔徑雷達角反射器設(shè)計方 法，是一種消除角反射器雜波影響、并最小化反射板邊緣長度的新型合成孔徑雷達角反射 器設(shè)計方法。本發(fā)明方法原理簡單、計算方便，可用于合成孔徑雷達高精度定標(biāo)與質(zhì)量評 價。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著合成孔徑雷達（SAR)衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展W及全天時全天候定量遙感應(yīng)用需 求的不斷增長，對SAR進行在軌高精度定標(biāo)、圖像質(zhì)量評價的重要性日益突出。SAR定標(biāo)與 圖像質(zhì)量評價通常采用角反射器作為點目標(biāo)進行，首先在試驗場布設(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"目標(biāo)，呈 十字形，通過計算該點目標(biāo)的主瓣功率的半高寬（3地脈寬）評價圖像的分辨率；通過H面 角反射器的理論雷達橫截面（RCS)與測量得到雷達橫截面確定定標(biāo)系數(shù)，W及評價福射精 度等各項質(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)量評價是通過角反射器的理論RCS值與其在SAR圖像中的 亮度值進行對比從而獲得定標(biāo)系數(shù)；通過角反射器在圖像中的點目標(biāo)響應(yīng)函數(shù)確定圖像的 質(zhì)量指標(biāo)。在實際應(yīng)用中，角反射器反射板與背景環(huán)境將產(chǎn)生"雷達-地表-H面角反射 器-雷達"或"雷達-H面角反射器-地表-雷達"的多次散射效應(yīng)。若地面是強反射面， 產(chǎn)生的額外RCS誤差將達16%。對于高的福射定標(biāo)精度需求，上述誤差難W接受。
[0005] 2)角反射器反射雷達波的過程中，在反射板邊緣存在雷達波繞射效應(yīng)，此現(xiàn)象對 于低頻雷達波更為明顯。該效應(yīng)將使實際獲取的RCS值與理論RCS值發(fā)生偏差，進而降低 SAR定標(biāo)與圖像質(zhì)量評價的精度。邊緣繞射效應(yīng)與邊緣長度成正比，根據(jù)等周定理，現(xiàn)有的 H面角反射器的邊緣長度在給定反射板面積下，周長并非最短，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角反射器及其設(shè)計方法，通過該新型的設(shè)計使 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)明針對常規(guī)H面角反射器邊角雜波問題，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反射板的雷達波都能夠通過另一個反射板返回雷達(不 存在通過地面反射回雷達的情況）；其次針對低頻雷達波易產(chǎn)生邊緣繞射的問題，優(yōu)化設(shè)計 H面角反射器的反射板形狀，使得反射面的邊緣長度在給定反射板面積下邊緣長度最短， 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) 由于采用了全對稱結(jié)構(gòu)，角反射器受地表雜波影響小，對布設(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度較小，受雷達波繞射效應(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！時的圓弧反射板邊長王； 圖7是采用本發(fā)明設(shè)計方法設(shè)計的一種H面角反射器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)計方法具體步驟如下： A) 利用雷達系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計算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CwJs'Of，計算相應(yīng)的H面角反射器反射板的最小邊緣長度 一； D) 確定整個反射板的邊緣曲線參數(shù)。
[0011] 詳細說明如下： 步驟A ;利用雷達系統(tǒng)參數(shù)巧日雷達波長)、定標(biāo)需求巧日信雜比、定標(biāo)精度)等輸入?yún)?shù)， 計算H面角反射器反射板面積A。計算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圖像中可見，同時避免角反射反射強度過高引起飽和。
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種新型合成孔徑雷達角反射器的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 利用雷達系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計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CwJX,計算相應(yīng)的三面角反射器反射板的最小邊緣長度 iW； D、 確定整個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角反射器及其設(shè)計方法，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算：
式中及是滿足給定測量不確定性要求的信雜比，當(dāng)及=14dB時，測量不確定性為 +0. 9dB到-0. 8dB;當(dāng)況=20dB時，測量不確定性為+0. 4dB到-0. 4dB 為合成孔徑雷達 系統(tǒng)動態(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方位向與地距 向分辨率；為雷達中心波長；〇?〇為地面的后向散射系數(shù)；對于用于機載合成孔徑雷達定 標(biāo)與質(zhì)量評價的角反射器，取滿足公式（1)的較小為值；對于用于機載合成孔徑雷達定標(biāo) 與質(zhì)量評價的角反射器，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角反射器及其設(shè)計方法，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，通過一種遍歷方式，計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，則表達式為：
若選擇橢圓弧，則表達式為：
若選擇圓弧，則表達式為：
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表達式，通過一種遍歷列和i值方法，計算相應(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角反射器及其設(shè)計方法，其特征在于，所 述的步驟C:根據(jù)候選列和|數(shù)值對，計算相應(yīng)的最小邊緣長度，包含以下步驟： C1、根據(jù)下式計算每個列和J數(shù)值對的反射板邊緣長度Z，邊緣長度與人的關(guān)系式 為：
C2、從計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角反射器及其設(shè)計方法，其特征在于，所 述的步驟D:根據(jù)下式確定曲線C2 :
進而根據(jù)Ci和C：2關(guān)于占41像確定整個反射板的形狀。
6. -種采用權(quán)利要求1所述的設(shè)計方法設(shè)計的新型合成孔徑雷達角反射器。
【專利摘要】一種新型合成孔徑雷達角反射器的設(shè)計方法，包括以下步驟：利用雷達系統(tǒng)參數(shù)、定標(biāo)需求等輸入?yún)?shù)，計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，計算相應(yīng)的最小邊緣長度；確定整個反射板的邊緣曲線。本發(fā)明針對常規(guī)三面角反射器邊角-地面雜波干擾問題，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波經(jīng)三次反射后都能夠返回雷達；其次針對低頻雷達波易產(chǎn)生反射板邊緣繞射的問題，優(yōu)化設(shè)計三面角反射器的反射板形狀，使得反射面的邊緣長度在給定反射板面積下邊緣長度最短，從而提高角反射器應(yīng)用于SAR載荷定標(biāo)與圖像質(zhì)量評估的精度。
【IPC分類】G01S7-40
【公開號】CN104569937
【申請?zhí)枴緾N201510042788
【發(fā)明人】李傳榮, 周勇勝, 馬靈玲, 胡堅, 唐伶俐, 李子揚
【申請人】中國科學(xué)院光電研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月28日