一种新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达遥感领域，涉及一种新型合成孔径雷达角反射器设计方 法，是一种消除角反射器杂波影响、并最小化反射板边缘长度的新型合成孔径雷达角反射 器设计方法。本发明方法原理简单、计算方便，可用于合成孔径雷达高精度定标与质量评 价。
【背景技术】
[0002] 随着合成孔径雷达（SAR)卫星遥感技术的发展W及全天时全天候定量遥感应用需 求的不断增长，对SAR进行在轨高精度定标、图像质量评价的重要性日益突出。SAR定标与 图像质量评价通常采用角反射器作为点目标进行，首先在试验场布设角反射器，并获取角 反射器的SAR图像；在SAR图像中角反射器表现为具有二维sine函数形状的"点"目标，呈 十字形，通过计算该点目标的主瓣功率的半高宽（3地脉宽）评价图像的分辨率；通过H面 角反射器的理论雷达横截面（RCS)与测量得到雷达横截面确定定标系数，W及评价福射精 度等各项质量指标。
[0003] H面角反射器是使用最为广泛的一类SAR角反射器。目前常见的H面角反射器反 射板形状有等腰直角H角形、正方形、1/4圆弧等。
[0004] 主要技术缺陷： (1) SAR载荷定标与图像质量评价是通过角反射器的理论RCS值与其在SAR图像中的 亮度值进行对比从而获得定标系数；通过角反射器在图像中的点目标响应函数确定图像的 质量指标。在实际应用中，角反射器反射板与背景环境将产生"雷达-地表-H面角反射 器-雷达"或"雷达-H面角反射器-地表-雷达"的多次散射效应。若地面是强反射面， 产生的额外RCS误差将达16%。对于高的福射定标精度需求，上述误差难W接受。
[0005] 2)角反射器反射雷达波的过程中，在反射板边缘存在雷达波绕射效应，此现象对 于低频雷达波更为明显。该效应将使实际获取的RCS值与理论RCS值发生偏差，进而降低 SAR定标与图像质量评价的精度。边缘绕射效应与边缘长度成正比，根据等周定理，现有的 H面角反射器的边缘长度在给定反射板面积下，周长并非最短，因此并不能最优地抑制边 缘绕射效应的影响。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法，通过该新型的设计使 得角反射器能更好地抑制地面杂波影响和边缘绕射影响。
[0007] 本发明针对常规H面角反射器边角杂波问题，采用全反射器反射器类型的反射 板，亦即所有照射至角反射器一个反射板的雷达波都能够通过另一个反射板返回雷达(不 存在通过地面反射回雷达的情况）；其次针对低频雷达波易产生边缘绕射的问题，优化设计 H面角反射器的反射板形状，使得反射面的边缘长度在给定反射板面积下边缘长度最短， 从而提高角反射器应用于SAR载荷定标与图像质量评估的精度。
[0008] 从上述技术方案可W看出，本发明具有W下有益效果： (1) 由于采用了全对称结构，角反射器受地表杂波影响小，对布设环境的要求低； (2) 同等角反射器反射板面积下的边缘长度较小，受雷达波绕射效应小，RCS精度高； (3) 反射板板材的利用率高。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明方法的流程图； 图2是本发明角反射器反射板边缘曲线一般表达式； 图3是a为直线的反射板示意图； 图4是a为楠圆弧的反射板示意图； 图5是G为圆弧的反射板7]^意图； 图6是不同棱长！时的圆弧反射板边长王； 图7是采用本发明设计方法设计的一种H面角反射器的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0010] 如图1所示，本发明的设计方法具体步骤如下： A) 利用雷达系统参数、定标需求等输入参数，计算H面角反射器反射板面积立； B) 根据H面角反射器反射板基本形状，计算出面积等于為的候选边缘曲线参数，亦 即(亂! ; C) 根据候选扣!和f数值对CwJs'Of，计算相应的H面角反射器反射板的最小边缘长度 一； D) 确定整个反射板的边缘曲线参数。
[0011] 详细说明如下： 步骤A ;利用雷达系统参数巧日雷达波长)、定标需求巧日信杂比、定标精度)等输入参数， 计算H面角反射器反射板面积A。计算H面角反射器面积是为了保证角反射器的RCS值足 够大从而确保角反射器能够在雷达图像中可见，同时避免角反射反射强度过高引起饱和。
[0012]
【主权项】
1. 一种新型合成孔径雷达角反射器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤： A、 利用雷达系统参数、定标需求等输入参数，计算三面角反射器反射板面积 為； B、 根据三面角反射器反射板基本形状，计算出面积等于為的候选边缘曲线参数，亦即 C、 根据候选妁和I数值对CwJX,计算相应的三面角反射器反射板的最小边缘长度 iW； D、 确定整个反射板的边缘曲线参数。
2. 根据权利要求1所述的新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法，其特征在于，所 述的步骤A中三面角反射器反射板面积為按照下式计算：
式中及是满足给定测量不确定性要求的信杂比，当及=14dB时，测量不确定性为 +0. 9dB到-0. 8dB;当况=20dB时，测量不确定性为+0. 4dB到-0. 4dB 为合成孔径雷达 系统动态范围上限值，〇为角反射器峰值RCS值，内1和升为合成孔径雷达方位向与地距 向分辨率；为雷达中心波长；〇?〇为地面的后向散射系数；对于用于机载合成孔径雷达定 标与质量评价的角反射器，取满足公式（1)的较小為值；对于用于机载合成孔径雷达定标 与质量评价的角反射器，取满足公式（1)的较大為值。
3. 根据权利要求1所述的新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法，其特征在于，所 述的步骤B:根据反射板边缘曲线基本形式，通过一种遍历方式，计算出面积等于的所有 候选边缘曲线形式，包含以下步骤： B1、选择三面角反射器反射板基本形状，即确定其边缘曲线形式： 若选择直线，则表达式为：
若选择椭圆弧，则表达式为：
若选择圆弧，则表达式为：
B2、根据所选择的反射板基本形状以及相应的边缘曲线Ci表达式，通过一种遍历列和i值方法，计算相应反射板面积4：;
式中'表示导数； B3、根据下式确定满足要求的候选为和|值：
式中e表示阈值，取值为0.0001。
4. 根据权利要求1所述的新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法，其特征在于，所 述的步骤C:根据候选列和|数值对，计算相应的最小边缘长度，包含以下步骤： C1、根据下式计算每个列和J数值对的反射板边缘长度Z，边缘长度与人的关系式 为：
C2、从计算的厶中求出最小值，再获取相应的列和|数值，从而得到满足要求的边缘 曲线Q。
5. 根据权利要求1所述的新型合成孔径雷达角反射器及其设计方法，其特征在于，所 述的步骤D:根据下式确定曲线C2 :
进而根据Ci和C：2关于占41像确定整个反射板的形状。
6. -种采用权利要求1所述的设计方法设计的新型合成孔径雷达角反射器。
【专利摘要】一种新型合成孔径雷达角反射器的设计方法，包括以下步骤：利用雷达系统参数、定标需求等输入参数，计算三面角反射器反射板面积 ；根据反射板边缘曲线基本形式，计算出面积等于的候选边缘曲线形式，亦即；根据候选和数值对，计算相应的最小边缘长度；确定整个反射板的边缘曲线。本发明针对常规三面角反射器边角-地面杂波干扰问题，采用全反射器类型的反射板，亦即所有沿法线方向照射至角反射器的雷达波经三次反射后都能够返回雷达；其次针对低频雷达波易产生反射板边缘绕射的问题，优化设计三面角反射器的反射板形状，使得反射面的边缘长度在给定反射板面积下边缘长度最短，从而提高角反射器应用于SAR载荷定标与图像质量评估的精度。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104569937
【申请号】CN201510042788
【发明人】李传荣, 周勇胜, 马灵玲, 胡坚, 唐伶俐, 李子扬
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月28日