ScanSAR滚动角估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子信息行业雷达技术领域，尤其涉及一种基于多个重叠区域数据联 合解算的ScanSAR滚动角估计方法。
【背景技术】
[0002] ScanSAR模式是合成孔径雷达的重要模式之一，其主要通过波束在距离向的扫描 切换，扩展了观测带宽度，对缩短全球观测周期及检测大规模地表现象等都有着重要意义。 由于ScanSAR的宽测绘能力是通过对各个子带进行组合实现的，因此需要保证各个子带的 辐射均匀性。而在实际系统中，子带间仍存在一定的辐射不均匀，需要对其进行辐射校正。
[0003] 影响ScanSAR距离向辐射均匀性的因素主要有三个：一是天线方向图的形状误 差，主要是指由于测量导致的天线方向图本身的误差，此误差由外定标技术指标决定；二是 滚动角误差引起的天线方向图校正误差，主要是指在辐射校正中由于存在滚动角误差导致 距离向天线方向图应用出现错位；三是由其他多种因素引起的波束间相对增益偏差，主要 是指各个子带间存在整体性的增益偏差。因此在距离向进行辐射校正的关键就是进行精确 的滚动角估计和波束间相对增益估计。
[0004] 目前，国内外针对ScanSAR模式距离向辐射校正的研究大多针对滚动角估计算法 的研究，参考文献1提出通过比较相邻子带的重叠区域的图像等强度点与两个距离向天线 方向图的等增益点之间的位置偏差来估计滚动角。参考文献2提出以一定的滚动角估计值 计算距离向天线方向图校正函数，比较校正后两子带图像重叠区功率的对比关系后，逐步 调制滚动角直至二者相等。参考文献3和参考文献4在滚动角估计中也考虑了波束间相对 增益偏差，同时参考文献4的方法在滚动角估计中考虑到了各个子带具有不同的滚动角误 差，因此下面着重对参考文献4的基于最小二乘估计的改进算法进行介绍。
[0005] 考虑第i个子带的图像，对功率取对数，以dB为单位，在方位向上进行平均，可得 图像功率随距离向视角Θ的变化关系，记为 Sl(0)，则可建立下面的常用模型：
[0006] 8ι(θ)^Ψ?(Θ + φ?) + ?(θ) + 01+Ν (1)
[0007] 其中，G表示归一化后的系统增益，示双程距离向天线方向图，Ι( Θ )表示与 目标相关的因素，包括散射特性，入射角等，N表示斑点噪声，約;就是滚动角。
[0008] 对第i+Ι个子带，用同样的方式可以得到S1+1( Θ )，将两者相减以消除目标相关的 因素并忽略噪声，可得式（2):
[0009] S1 ( Θ ) -S1+1 ( Θ ) = [G1-G1J + [W1 ( θ + φ J -Wi+1 ( θ + φ i+1) ] (2)
[0010] 在实际工作中，由于波束间相对增益偏差的存在，-G=,并不为零，一般来讲 波束间相对增益偏差是一个常数，因此引入一个常数h来表示，将式（2)记为：
[0011] S1(Q)-S1^e) = [ΚΘ+ΦΟ-ΚΘ+Φμ)]+!! (3)
[0012] 对式中W1做泰勒展开，记其导数为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] 由于距离向视角Θ的取值范围为相邻子带重叠区域内的每个距离门对应的距离 向视角，因此式（4)所示为一个方程组，可以用矩阵的方法进行求解。为了提高精度，还可 以加入迭代的思想，每次求出估计结果与真实值间的偏差，逐次逼近真实值。
[0015] 值得注意的是，当有多个子带（大于两个）时，式（4)仍是每两个子带进行一次求 解，并通过平均的方法对各个子带的滚动角进行最终估计。
[0016] 参考文献1、2、3的方法都假设了各个子带有相同的滚动角误差，这并不满足实际 系统的情况，因此难以获得较高的精度。同时，参考文献1、2的方法还没有考虑波束间相对 增益偏差在滚动角估计中的影响，因此估计精度会更差。
[0017] 参考文献4的方法考虑了各个子带间滚动角的不同，并同时对滚动角和波束间相 对增益偏差进行了估计，但其解方程的过程中仍存在难以克服的问题，即：当相邻两个子 带的重叠区域天线方向图的线性性很强时，尽管式（4)所示的方程组中方程个数很多，但 由于各个方程间相关性太强，事实上方程组是欠定的，算法无法实施，此时的估计结果会很 差。而在实际ScanSAR系统中，某些子带的距离向天线方向图边缘的线性性会非常强，这导 致算法难以应用于实际处理系统。
[0018] 另外，以上所有的方法都是只根据两个子带的重叠区域的数据分别对各个子带进 行滚动角估计，当有多个子带时，相当于忽视了子带间的相互约束关系，会导致估计精度的 下降。
[0019] 总之，现有方法在估计精度上都不能满足ScanSAR系统的要求，因此本发明主要 解决的就是滚动角估计方法的精度问题。
[0020] 参考文献 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] 参考文献2 :M. Goulding，"Roll Angle Estimation for ScanSAR Processing in the CDPF"，MacDoald，Dettwilerand Assoc. Ltd，Richmond，BC，Canada，Tech. Rep. 1997.
[0022] 参考文献 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] 参考文献4 :李幸，洪峻，"一种基于最小二乘法的星载ScanSAR滚动角迭代估计算 法"，电子与信息学报，vol. 30, no. 9, 2008, PP. 2099-2102.
【发明内容】
[0024] (一）要解决的技术问题
[0025] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于多个重叠区域数据联合解算的 ScanSAR滚动角估计方法，以提高滚动角估计方法的精度。
[0026] (二）技术方案
[0027] 本发明基于多个重叠区域数据联合解算的ScanSAR滚动角估计方法包括：步骤A : 对于重叠区中N个子带中第i个子带的图像，对功率取对数，在方位向上进行平均，得到图 像功率随距离向视角Θ的变化关系，记为S 1(Q),对其进行建模；步骤B:基于迭代方式，对 于N个子带，将相邻的第i个和第i+Ι个子带的模型相减；步骤C :对于N个子带的N-I个 重叠区中的第i个重叠区，以矩阵的形式表示方程组；步骤D :将关于N-I个重叠区的方程 组合并为一个，并将其转换为矩阵形式；步骤E :对矩阵形式的关于N-I个重叠区的方程组 进行求解，得到当前估计值与真实值之间的偏差的序列；以及步骤F :基于当前估计值与真 实值之间的偏差的序列的值，采用迭代方式求解滚动角序列的值。
[0028] (三）有益效果
[0029] 从上述技术方案可以看出，本发明基于多个重叠区域数据联合解算的ScanSAR滚 动角估计方法具有以下有益效果：
[0030] (1)在滚动角估计中联合考虑了全部重叠区域的数据，利用了各个子带滚动角的 相互约束关系，估计精度有较大提高，对ScanSAR模式下距离向辐射校正有着重要意义；
[0031] (2)在估计中对距离向天线方向图的非线性性要求较低，即使子带重叠区域天线 线性性很强时，也能得到准确的估计结果，有较强的鲁棒性。
【附图说明】
[0032] 图1为根据本发明实施例基于多个重叠区域数据的ScanSAR滚动角估计方法的流 程图；
[0033] 图2为仿真实验中双程距离向天线方向图；
[0034] 图3为仿真实验中，加入随机滚动角误差和波束间相对增益偏差时，用现有技术 方法及本实施例方法分别得到的估计结果进行距离向辐射校正后残余误差情况的对比。
【具体实施方式】
[0035] 本发明提出了一种基于多个重叠区域数据的ScanSAR滚动角估计方法，同时对滚 动角和波束间相对增益偏差进行了估计，提高了二者的估计精度，对ScanSAR模式下距离 向辐射校正有着重要意义。
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0037] 在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种基于多个重叠区域数据的ScanSAR 滚动角估计方法。图1为根据本发明实施例基于多个重叠区域数据的ScanSAR滚动角估计 方法的流程图。如图1所示，本实施例基于多个重叠区域数据的ScanSAR滚动角估计方法 包括：
[0038] 步骤A :对于重叠区中N个子带中第i个子带的图像，对功率取对数，在方位向上 进行平均，得到图像功率随距离向视角Θ的变化关系，记为S 1(Q),对其进行建模，得