一种扫描波束高分辨率的雷达散射计的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，所述雷达散射计采用笔形波束圆锥扫描体制，其包括：天线单元、发射机单元、接收机单元、信号处理与控制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元；该天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，该发射机单元生成线性调频脉冲信号，发射该脉冲时对应一个观测方位角该接收机单元将接收到的该脉冲信号进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波处理，提取出回波信号，该数字处理与控制单元记录所述发射信号对应观测方位角根据该观测方位角大小，判断所述雷达散射计的天线指向的波束照射区域；即刈幅两侧或刈幅中间；从而确定采用多普勒波束锐化方法或者高采样重建方法，得到高分辨率的后向散射系数。
【专利说明】
一种扫描波束高分辨率的雷达散射计
技术领域
[0001] 本发明涉及雷达散射计的技术领域，特别涉及一种扫描波束高分辨率的雷达散射 计。
【背景技术】
[0002] 雷达散射计是一种用来测量地球表面归一化后向散射系数的雷达系统，其最初的 设计目标应用于大尺度海洋表面风的测量，即通过地球物理模型方程(GMF)将测得的后向 散射数据反演出海面风场。散射计作为一种主动微波遥感器，具有观测刈幅宽、全球覆盖速 度快、测量精度高等优点，已经成为陆地定量遥感的理想传感器。
[0003] 根据天线配置和观测方位角测量实现方式，星载微波散射计分为固定扇形波束散 射计、笔形波束旋转扫描散射计和扇形波束旋转扫描散射计三类。由于采用高增益的笔形 波束天线，使笔形波束扫描散射计所需功率较小，从而使其逐渐成为星载雷达散射计的主 流。由于雷达散射计在地面上形成分辨单元具有两维尺度，即距离向分辨率和方位向分辨 率;所以分辨单元需要在两个不同的方向上实现高分辨率，即通过提高距离向和方位向的 分辨率来提高空间分辨率。目前，传统的笔形波束散射计只使用了脉冲压缩技术来提高距 离向分辨率，而方位向分辨率由于受天线波束宽度的限制，能达到的分辨率相对较低。随着 雷达散射计观测技术的发展，兼顾宽刈幅和高分辨率要求成为观测需求和技术发展的重要 趋势。
[0004] 宽刈幅的实现，采用波束扫描方式是一种有效的解决方案，而围绕星下方向的圆 锥扫描刈幅宽度决定于入射角外沿，能够实现宽的观测刈幅。
[0005] 为了提高空间分辨率，采用调频脉冲和脉冲压缩技术，可以有效提高距离方向（俯 仰方向）的分辨率，已经成为现代星载雷达提高分辨率的有效手段。对于方位方向分辨率的 提高，采用多普勒波束锐化方案的综合孔径信号处理和采用超采样高分辨率重建是提高分 辨率的途径。
[0006] 综合孔径处理技术在距离-方位二维向上可以采用联合距离-多普勒处理算法来 提高空间分辨率，这与合成孔径雷达(SAR)获得高分辨率的方法相类似。虽然，在原理上，圆 锥扫描微波散射计采用的多普勒滤波技术与SAR的情形相类似;但是，两者仍具有重要差 另|J:(1)SAR系统通常采用阵列天线，以固定的方位角(一般是侧视)观测地面，存在观测刈幅 窄、方位角单一的问题;而圆锥扫描微波散射计的天线足迹连续旋转扫描目标场景，能够实 现宽刈幅、多方位角的观测；（2)对于圆锥扫描微波散射计，测量方位角随着测量幅宽而变 化，这相当于每个测量单元的斜视角不同，导致幅宽内分辨率性能的变化。
[0007] 提高散射计空间分辨率的另一种方法是高采样重建方法。众所周知，随着散射计 天线扫描获得的真实孔径条带后向散射系数实际上是视场范围内地表散射强度被天线方 向图加权模糊的结果，因此地表条带后向散射系数高分辨重建可等价为对天线方向图的反 卷积过程。利用这种反卷积方法的前提是已知天线方向图且满足重建区域充分采样。通常， 天线方向图可在发射前测得。对于传统的用于风场测量的散射计而言，重建区域的充分采 样可通过覆盖这一区域多轨、多天的观测数据实现。但对于如冻融监测这种昼夜变化较大 的陆地观测情况，如果采用多天的观测数据无疑会使反演精度下降。特别是随着星载微波 散射计发展，逐步提高其采样频率已成为散射计发展的重要趋势。因此，通过提高散射计采 样频率并结合反卷积处理算法实现条带后向散射系数高分辨重建是提高雷达散射计空间 分辨率的重要方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于，为解决现有的合成孔径雷达观测刈幅窄，以及传统的雷达散 射计空间分辨率低的观测缺陷，进而提供一种扫描波束高空间分辨率的雷达散射计;所述 雷达散射计采用旋转扫描天线，其包括:天线单元、发射机单元，接收机单元、数字处理与控 制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元;所述发射机单元生成并发射线性调频脉 冲信号，在发射该线性调频脉冲信号时，对应一个观测方位角所述接收机单元接收该脉 冲信号并对其进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波的处理，提取出回波信 号，所述数字处理与控制单元记录所述发射信号对应的观测方位角切 :当所述观测方位角识 为刈幅两侧时，波束照射区域为多普勒波束锐化区域，在所述多普勒锐化处理单元，采用多 普勒波束锐化方法，将去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调频，再进行距离向 和方位向脉冲压缩，得到由多个分辨单元组成的二维的高分辨率的处理数据，从而得到高 分辨后向散射系数；当所述观测方位角在刈幅中间时，所述波束照射区域为高采样重建区 域，在所述高分辨处理单元中，采用高采样重建方法，测得条带回波功率，并计算条带后向 散射系数，再根据反卷积法，得到高分辨后向散射系数。
[0009] 所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描;其包括反 射面天线和扫描伺服机构;该扫描伺服机构用于控制天线旋转。
[0010] 当所述波束照射区域为多普勒波束锐化区域时，即刈幅两侧，采用多普勒波束锐 化方法，所述多普勒锐化处理单元对经过所述接收机单元和所述数字处理与控制单元的回 波信号去载频，将所述去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调频，再进行距离向 和方位向脉冲压缩，得到由多个分辨单元组成的二维的高空间分辨率的处理数据，该处理 数据需要下传到星下进行处理，进一步得到观测的后向散射系数，所述后向散射系数作为 观测目标特性的反演数据。
[0011] 当所述波束照射区域为高采样重建区域时，即別幅中间，采用高采样重建方法，由 所述高分辨处理单元下传的地面反射的条带回波功率，计算条带后向散射系数，利用反卷 积方法，进而得到高分辨后向散射系数。
[0012] 所述多普勒波束锐化方法进一步包括：
[0013] (a)将所述多普勒锐化处理单元对经过所述接收机单元和所述数字处理与控制单 元的回波信号进行去载频，得到雷达在一个Burst数据块内获得的基带回波数据s r(t，T)， 记为(1)式，
[0017] 其中，积分区域为扫描场景范围，C为光速，〇(x，r)表示地面(x，r)处的条带后向散 射系数，€(%)为天线方向图：
为天线方位角，Go为天 线的最大增益，为天线方位向波束宽度;t和τ分别对应表示方位向的"慢时间"和表示距 离向的"快时间"，τΡ表示发射脉冲宽度，γ表示发射脉冲的调频率，λ表示波长，Tb为脉冲簇 发射长度，R(t;r，x)表示斜距；
[0018] (b)将步骤(a)中的所述去载频后的回波在距离向和方位向分别进行脉冲压缩处 理。该方法根据线性调频脉冲信号时间和频率的对应关系，进行方位向和距离向的两维去 调频;即将所述(1)式乘以exp [ - j2JTf QTr-jJT γ (t-Tr)2 ]，记为⑵式，
[0020] 其中f o为中心频率，~为距离向的延迟时间；
[0021] 随后，在所述多普勒锐化处理单元中，对该(2)式进行距离向FFT，记为(3)式，
[0022] FFT[Sr_dechirp(t,T)] (3)
[0023] 然后，将(3)式再乘以exp[-jJifrg2/y ]，记为⑷式，
[0024] FFT {t, Γ)] exp(-yX/；; / γ) (4)
[0025] 其中，frg为距离向频率；
[0026]最后，再进行距离向IFFT，记为(5)式
[0027] r) = IFFT[FFT[sr_Jechhp(t, r)] (5)
[0028] 上述的FFT/IFFT运算有很好的高效性，比在时域作卷积运算有效。
[0029] 通过上述操作将步骤(a)中的所述去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去 调频，得到回波基带信号在距离快时间域和方位慢时间域的表述形式；
[0030] 通过上述的距离向FFT/IFFT运算，消除残余视频相位误差，校正距离向带宽随着 距离向延伸产生的带宽展宽；
[0031] 最后，再对上述结果进行距离向FFT、方位向FFT处理，即
[0032] FFTx{FFTt[srd(t,T)]}
[0033] 得到由多个分辨单元组成的二维的高空间分辨率的处理数据；
[0034] (c)旋转所述具有扫描体制的雷达散射计的观测几何可知，所述观测方位角辦与方 位向分辨率之间的关系，用(6)式表示为：
[0036] 其中，δ3Ζ为考虑地球斜视影响和观测系统的方位向分辨率，f(0az)为由于斜视变 形而影响方位向分辨率的降低因子，9 az天线方位角，λ为载波波长，R〇为观测斜距，Vsat为卫 星速度，Tdw为有效驻留时间；
[0037] 因此，根据该方位向分辨率来划分观测单元，实现高空间分辨率的观测;而所述观 测单元是由所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据组成；
[0038] (d)在完成所述步骤(c)后，所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据下传到星 下的地面接收站进行处理，进一步得到位于刈幅两侧的观测的后向散射系数，所述后向散 射系数作为观测目标特性的反演数据。
[0039]所述高采样重建方法进一步包括以下具体处理过程：
[0040] (aa)由所述高分辨处理单元下传得到的地面反射的条带回波功率数据来计算条 带后向散射系数，记为茂6 ;那么，所述条带后向散射系数护用(7)式表示为：
[0042] 其中，Ps为散射计条带回波功率，X为定标因子；
[0043] (bb)所述步骤(aa)中的条带后向散射系数实际为高分辨的后向散射系数的空间 加权平均值，因此步骤(aa)中的条带后向散射系数进一步表示为(8)式：
[0045] 其中3代表地面坐标系，用来表征条带范围内高分辨散射点的位置，为位于芬 处的散射计空间响应函数，在散射计发射前通过实验手段获得，为位于？处的高分辨 后向散射系数，Α表示条带照射区域，η表征散射计测得的条带后向散射系数受到热噪声、仪 器测量误差、数据处理误差影响引入的测量误差，该误差服从均值为零方差为
的高斯分布，其中，Κρ为归一化测量误差，
varpl表示#的方差表示?0的均值；
[0046] (cc)在所述反卷积子单元中，在刈幅中间区域，即高采样重建区域，随着波束足印 的运动轨迹，利用相同条带的多次重叠测量，增大采样频率，采用反卷积重建方法实现散射 计方位向分辨率的提高;根据所述步骤(bb)给出的（8)式，采用反卷积方法对(8)式进行反 卷积重建得到高分辨的σ 13，所述过程等价为以下优化问题的求解：
[0048] 其中，f 亦-岁2为数值保真项，保证估计的符合(8)式，W( 〇Q)表示 对施加的约束条件，估计的#满足已知的或假设的先验信息，α为可调参数；
[0049] α值越大，解越接近先验信息项;α值越小，解越接近于数值保真项;α为0,（8)式退 化为最小二乘问题。
[0050] (dd)在完成所述步骤(CC)后，所得的估计的#即为具有高分辨率的位于刈幅中间 的后向散射系数。
[0051] 本发明的优点在于：
[0052] 采用旋转扫描天线波束，实现宽刈幅观测(>1000km)，能够实现全天时持续工作以 及快速的全球覆盖，同时结合采用脉冲压缩和高分辨率信号处理能够实现高分辨率(优于 2_5km);根据观测方位角的值来分区域采用多普勒波束锐化和高采样重建两种方法，实现 散射计全刈幅范围的高分辨处理。
【附图说明】
[0053] 图1是本发明的扫描波束高分辨率的雷达散射计的观测几何；
[0054]图2是本发明的扫描波束高分辨率的雷达散射计的系统处理示意图；
[0055] 图3是本发明的扫描波束高分辨率的雷达散射计的高分辨处理流程图；
[0056] 1、地面足印 2、刈幅
[0057] 3、反馈面 4、斜距
[0058] 5、观测方位角妒 6、天线馈源
[0059] 7、波束足印 8、多普勒锐化区域
[0060] 9、高采样重建区域
【具体实施方式】
[0061]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0062] 本发明提供了一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，同时，本发明提出一种结合 波束圆锥扫描和高分辨率处理的技术方案，实现兼顾宽刈幅和高分辨率的观测要求。所述 雷达散射计采用波束旋转扫描天线，如图2所示，其包括:天线单元、发射机单元、接收机单 元、数字处理与控制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元;所述天线单元采用窄波 束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描，所述发射机单元生成并发射线性调频脉冲 信号，在发射该线性调频脉冲信号时，对应一个观测方位角，5,所述接收机单元接收该脉 冲信号并对其进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波的处理，提取出回波信 号，所述数字处理与控制单元记录所述发射信号对应的观测方位角供5:当所述观测方位角 炉5为刈幅2两侧时，波束照射区域为多普勒波束锐化区域8,在所述多普勒锐化处理单元8 中，采用多普勒波束锐化方法，将去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调频，再进 行距离向和方位向脉冲压缩，得到由多个分辨单元组成的二维的高分辨率的处理数据，从 而得到高分辨后向散射系数；当所述观测方位角炉5在刈幅2中间时，所述波束照射区域为 高采样重建区域9,在所述高分辨处理单元9中，采用高采样重建方法，测得条带回波功率， 并计算条带后向散射系数，再根据反卷积法，得到高分辨后向散射系数。
[0063] 所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描;其包括反 射面天线和扫描伺服机构;该扫描伺服机构用于控制天线旋转。
[0064] 如图1所示，地面足印1反射信号到反馈面3,反射路径称为斜距4,当所述笔形波束 天线的观测方向与飞行方向垂直时，即所述观测方位角辦：5为90°，则所述波束照射区域为 多普勒波束锐化区域8,即刈幅2两侧，在实际操作过程中，如图2所示，在星上进行高分辨处 理，采用多普勒波束锐化方法来提高所述雷达散射计的分辨率；
[0065] (3)如图1所示，当所述笔形波束天线的观测方向与卫星方向平行时，即所述观测 方位角识5为0°，则所述波束照射区域为高采样重建区域9,即刈幅2的中间，所述高采样重 建区域9为非多普勒波束锐化区域，如图2所示，在星下进行高空间分布处理，采用高采样重 建方法来提高所述雷达散射计的分辨率；
[0066]如图3所示，所述多普勒波束锐化方法进一步包括以下具体处理过程：
[0067] (a)将所述多普勒锐化处理单元对经过所述接收机单元和所述数字处理与控制单 元的回波信号进行去载频，得到雷达在一个Burst数据块内获得的基带回波数据sr(t，T)， 记为(1)式，
[0071] 其中积分区域为扫描场景范围，c为光速，〇(x，r)表示地面(x，r)处的条带后向散 射系数，为天线方向图，
，外为天线方位角，Go为天 线的最大增益，为天线方位向波束宽度;t和τ分别对应表示方位向的"慢时间"和表示距 离向的"快时间"，τΡ表示发射脉冲宽度，γ表示发射脉冲的调频率，λ表示波长，Tb为脉冲簇 发射长度，R(t;r，x)表示斜距；
[0072] (b)将步骤(a)中的所述去载频后的回波在距离向和方位向分别进行脉冲压缩处 理。该方法根据线性调频脉冲信号时间和频率的对应关系，进行方位向和距离向的两维去 调频;即将所述(1)式乘以exp [ - j2JTf QTr-jJT γ (t-Tr)2 ]，记为⑵式，
[0074] 其中f o为中心频率，~为距离向的延迟时间；
[0075]随后，在所述多普勒锐化处理单元中，对该(2)式进行距离向FFT，记为(3)式，
[0076] FFT[sr_dechirp(t,x)] (3)
[0077] 然后，将(3)式再乘以exp[-jJifrg2/y ]，记为⑷式，
[0078] FFT\sr JeLhjrp{t, r)] expf-jyr./；；//) ⑷
[0079] 其中，心为距离向频率；
[0080] 最后，再进行距离向IFFT，记为(5)式
[0081] sni{Lr) = !FFT\FFT[sr ,A,,,?X^r)]-exp(-^/；.；：//)} (5)
[0082] 上述的FFT/IFFT运算有很好的高效性，比在时域作卷积运算有效。
[0083] 通过上述操作将步骤(a)中的所述去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去 调频，得到回波基带信号在距离快时间域和方位慢时间域的表述形式；
[0084] 通过上述的距离向FFT/IFFT运算，消除残余视频相位误差，校正距离向带宽随着 距离向延伸产生的带宽展宽；
[0085] 最后，再对上述结果进行距离向FFT、方位向FFT处理，即 [0086] FFTx{FFTt[srd(t,T)]}
[0087 ]得到由多个分辨单元组成的二维的高空间分辨率的处理数据；
[0088] (c)旋转所述具有扫描体制的雷达散射计的观测几何可知，如图3所示，所述观测 方位角0 5与方位向分辨率之间的关系，用(6)式表示为：
[0090]其中，δ3Ζ为考虑地球斜视影响和观测系统的方位向分辨率，f(0az)为由于斜视变 形而影响方位向分辨率的降低因子，9az天线方位角，λ为载波波长，R〇为观测斜距，Vsat为卫 星速度，Tdw为有效驻留时间；
[0091]因此，根据该方位向分辨率来划分观测单元，实现高空间分辨率的观测;而所述观 测单元是由所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据组成；
[0092] (d)在完成所述步骤(c)后，所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据下传到星 下的地面接收站进行处理，进一步得到位于刈幅两侧的观测的后向散射系数，所述后向散 射系数作为观测目标特性的反演数据。
[0093] 所述多普勒波束锐化方法应用于空对地中提供高分辨率的地图测绘和高分辨率 的局部放大测绘，以及空对空敌情判断状态可分辨出密集编队的群目标。
[0094]如图3所示，所述高采样重建方法进一步包括以下具体处理方法：
[0095] (aa)由所述图2中的高分辨处理单元下传得到的地面反射的条带回波功率数据来 计算条带后向散射系数，记为歹° ;那么，所述条带后向散射系数炉可以用(7)式表示为：
[0097] 其中，Ps为散射计条带回波功率，X为定标因子；
[0098] (bb)所述步骤(aa)中的条带后向散射系数实际为高分辨的后向散射系数的空间 加权平均值，因此步骤(aa)中的条带后向散射系数可进一步表示为(8)式：
[0100] 其中j代表地面坐标系，用来表征条带范围内高分辨散射点的位置，为位于交 处的散射计空间响应函数，可在散射计发射前通过实验手段获得，#(?)为位于β处的高分 辨后向散射系数，Α表示条带照射区域，η表征散射计测得的条带后向散射系数受到热噪声、 仪器测量误差、数据处理误差等影响引入的测量误差，该误差服从均值为零方差为 被^/^/办^间而/的高斯分布以中…为归一化测量误差， var ]表示的方差，< 斤° ]表示#的均值；
[0101] (cc)如图1所示，在所述反卷积子单元中，在刈幅中间区域，即高采样重建区域9， 随着波束足印7的运动轨迹，可利用相同条带的多次重叠测量，增大采样频率，采用反卷积 重建方法实现散射计方位向分辨率的提高;根据所述步骤(bb)给出的（8)式，可采用反卷积 方法对(8)式进行反卷积重建得到高分辨的(Λ所述过程可等价为以下优化问题的求解：
[0103] 其中，f /^)σ?(?〇亦-岁 '为数值保真项，保证估计的符合(8)式，Ψ(σ?)表示 J} 对0°施加的约束条件，使估计的#满足已知的(或假设的)先验信息，α为可调参数；
[0104] α值越大，解越接近先验信息项;α值越小，解越接近于数值保真项；当α为0时，（8) 式退化为最小二乘问题。
[0105] (dd)在完成所述步骤(cc)后，所得的估计的#即为具有高分辨率的位于刈幅中间 的后向散射系数。
[0106] 所述高分辨雷达散射计，除了可应用在诸如雪水当量、地表冻融、极地冰盖冰架等 陆地观测中还可应用在海面风场、热带气旋等海洋观测。
[0107] 最后需要说明的是，【具体实施方式】中所述的实验用图仅用来说明本发明的技术方 案软件算法的可行性而非局限于此例，算法已经经过大量实验数据验证，是真实可靠的，搭 配硬件便可实现本发明的技术方案。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的 普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技 术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，其特征在于，所述雷达散射计采用笔形波束 圆锥扫描体制并且实现全球宽刈幅覆盖和高分辨率观测，其包括:天线单元、发射机单元、 接收机单元、信号处理与控制单元、多普勒锐化处理单元和高分辨处理单元;所述天线单元 采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描，所述发射机单元生成并发射线性 调频脉冲信号，在发射该线性调频脉冲信号时，对应一个观测方位角與，所述接收机单元接 收该脉冲信号并对其进行低噪声放大、中频接收、混频去斜坡和相位检波的处理，提取出回 波信号，所述数字处理与控制单元记录所述发射信号对应的观测方位角口;当所述观测方位 角口为刈幅两侧时，波束照射区域为多普勒波束锐化区域，在所述多普勒锐化处理单元，采 用多普勒波束锐化方法，将去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调频，再进行距 离向和方位向脉冲压缩，得到由多个分辨单元组成的二维的高分辨率的处理数据，从而得 到高分辨后向散射系数；当所述观测方位角在刈幅中间时，所述波束照射区域为高采样重 建区域，在所述高分辨处理单元中，采用高采样重建方法，测得条带回波功率，并计算条带 后向散射系数，再根据反卷积法，得到高分辨后向散射系数。2. 根据权利要求1所述的一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，其特征在于，所述天线 单元包括一个反射面天线和扫描伺服机构;该扫描伺服机构用于控制天线旋转。3. 根据权利要求1所述的一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，其特征在于，所述多普 勒波束锐化方法进一步包括： (a) 将所述多普勒锐化处理单元对经过所述接收机单元和所述数字处理与控制单元的 回波信号进行去载频，得到雷达在一个Burst数据块内获得的基带回波数据Sr(t，T)，记为 …式，其中，积分区域为扫描场景范围，C为光速，〇(x，r)表示地面(x，r)处的条带后向散射系 数，巧，(從）为天线方向图，即，從为天线方位角，Go为天线的 最大增益，Paz为天线方位向波束宽度;t和τ分别对应表示方位向的"慢时间"和表示距离向 的"快时间"，τρ表示发射脉冲宽度，丫表示发射脉冲的调频率，λ表示波长，Tb为脉冲簇发射 长度，3(1;1',义)表不斜距； (b) 将步骤(a)中的所述去载频后的回波在距离向和方位向分别进行脉冲压缩处理;该 方法根据线性调频脉冲信号时间和频率的对应关系，进行方位向和距离向的两维去调频； 即将所述（1)式乘W exp [ - j化f〇T广jJT 丫（ t-Tr)2 ]，记为（2)式，其中fo为中屯、频率，Tr为距离向的延迟时间； 随后，在所述多普勒锐化处理单元中，对该(2)式进行距离向FFT，记为(3)式， FFT [ Sr_dechirp (t , ? ] ( 3 ) 然后，将(3)式再乘We邱[-j灶rgV 丫]，记为(4)式，(4) 其中，f rg为距离向频率； 最后，再进行距离向IFFT，记为巧)式上述的FFT/IFFT运算有很好的高效性，比在时域作卷积运算有效； 通过上述操作将步骤(a)中的所述去载频后的回波进行方位向和距离向的两维去调 频，得到回波基带信号在距离快时间域和方位慢时间域的表述形式； 通过上述的距离向FFT/IFFT运算，消除残余视频相位误差，校正距离向带宽随着距离 向延伸产生的带宽展宽； 最后，再对上述结果进行距离向FFT、方位向FFT处理，即 FFTx{FFTt[srd(t,T)]} 得到由多个分辨单元组成的二维的高空间分辨率的处理数据； (C)旋转所述具有扫描体制的雷达散射计的观测几何可知，所述观测方位角管与方位向 分辨率之间的关系，用(6)式表示为：(6) 其中，Saz为考虑地球斜视影响和观测系统的方位向分辨率，f(0az)为由于斜视变形而影 响方位向分辨率的降低因子，目az天线方位角，λ为载波波长，Ro为观测斜距，Vsat为卫星速度， Tdw为有效驻留时间； 因此，根据该方位向分辨率来划分观测单元，实现高空间分辨率的观测；而所述观测单 元是由所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据组成； (d)在完成所述步骤(C)后，所述步骤(b)中得到的分辨单元的处理数据下传到星下的 地面接收站进行处理，进一步得到位于刈幅两侧的观测的后向散射系数，所述后向散射系 数作为观测目标特性的反演数据。4.根据权利要求1所述的一种扫描波束高分辨率的雷达散射计，其特征在于，所述高采 样重建方法进一步包括： (aa)由所述高分辨处理单元下传得到的地面反射的条带回波功率数据来计算条带后 向散射系数，记为沪挪么，所述条带后向散射系数护用(7)式表示为：17) 其中，Ps为散射计条带回波功率，X为定标因子； (bb)所述步骤(aa)中的条带后向散射系数实际为高分辨的后向散射系数的空间加权 平均值，因此步骤(aa)中的条带后向散射系数进一步表示为(8)式：(8) 其中，代表地面坐标系，用来表征条带范围内高分辨散射点的位置，W 为位于P处的散 射计空间响应函数，在散射计发射前通过实验手段获得，0·0巧)为位于处的高分辨后向散射 系数，A表示条带照射区域，η表征散射计测得的条带后向散射系数受到热噪声、仪器测量误 差、数据处理误差影响引入的测量误差，该误差服从均值为零方差夫的高斯分布，其中，Κρ为归一化测量误差，且满足表示巧《的方差， S[沪]表示5。的均值； (CC)在所述反卷积子单元中，在刈幅中间区域，即高采样重建区域，沿着波束足印的运 动轨迹，利用相同条带的多次重叠测量，增大采样频率，采用反卷积重建方法实现散射计方 位向分辨率的提高;根据所述步骤(bb)给出的（8)式，采用反卷积方法对(8)式进行反卷积 重建得到高分辨的cA所述过程等价为W下优化问题的求解：其中对数值保真项，保证估计的〇*^符合(8)式，Ψ (0*^)表示对曰^^施 加的约束条件，估计的馬足已知的或假设的先验信息，α为可调参数； α值越大，解越接近先验信息项；α值越小，解越接近于数值保真项；α为0,（8)式退化为 最小二乘问题； ((1(1)在完成所述步骤((3(3)后，所得的估计的〇<^即为具有高分辨率的位于刈幅中间的后 向散射系数。
【文档编号】G01S13/95GK106093932SQ201610656894
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610656894.9, CN 106093932 A, CN 106093932A, CN 201610656894, CN-A-106093932, CN106093932 A, CN106093932A, CN201610656894, CN201610656894.9
【发明人】董晓龙, 刘丽玲, 王刚, 朱迪, 徐星欧
【申请人】中国科学院国家空间科学中心