[发明专利]一种面向动态海面的星载小角度SAR海况偏差仿真方法

说明书

本发明提供了一种面向动态海面的星载小角度SAR海况偏差仿真方法，属于海洋观测技术领域。本发明基于星载参数进行海面场景的构建完成动态海面的模拟；在回波计算中，根据回波采集的时间随时更新海面，以及各种调制作用的机理进行回波叠加，在计算过程中，由海面各点对应的斜距直接调整回波大小，达到了同时添加各种海面调制作用的目的；RD算法和SRC算法结合使用考虑了入射角大于3°时的斜视时距离向与方位向的低阶耦合，令二次距离压缩与距离压缩一齐完成使距离向聚焦质量得到改善，提高了成像精度和质量；组织SSB查找表，针对传统雷达高度计的SSB查找表进行补充。本发明提供了一种准确度较高且方便查找的海况偏差仿真方法。

技术领域

本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种面向动态海面的星载小角度SAR海况偏差仿真方法。

背景技术

海面的不间断流动以及人类难以长时间在海上生存导致海上观测数据难以获取，合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）自从1970年以来就被应用于海面测量，可以获取海表面高度（Sea Surface Height, SSH）、有效波高（Significant Wave Height，SWH）、后向散射系数等海面信息。近年来，干涉合成孔径雷达利用多幅相干SAR的结果得到主副影像相位差信息来测得海面信息，借助于其全天时、全天候、高空间分辨率、宽刈幅的观测模式以及获取数据时不受天气影响的优势，InSAR数据相较于传统高度计获取的数据可以获取海上数字高程模型、海面流场等海洋数据，将成为未来海洋数据的主要来源之一。

但由于星载SAR系统建设周期时间长且人力物力费用昂贵，且实际测量的SSH等海面信息中同时缠绕包含各大误差项，难以准确分析由于单项误差影响而产生的海面测量结果差异，所以SAR成像海面仿真对于衡量星载SAR的各个误差项对于海面测量的影响、分析不同频段下的成像结果的区别以及增加海洋信息对比数据池有一定的必要性。干涉成像高度计（Interferometric Radar Altimeter，IRA)的观测刈幅可达上百公里，可基于小入射角对海面进行观测，凭借高采样率、高精度的特点，可获取更高时空分辨率下的海面数据，有利于对海面中尺度以及亚中尺度现象进行研究。但国内外成像高度计卫星稀少，所以相比于大范围的海洋高度计仿真数据，成像高度计仿真数据不可缺失。

随着可获取的海面信息量增加以及人类对海洋认知的深入，海表面高度测量过程中的轨道误差已经被成熟的精密定轨技术大幅减弱，而海况偏差（Sea-State Bias，SSB）成为了影响海表面高度的第一误差源。SSB的主要部分为电磁偏差，是由于波峰波谷的存在以及海面电磁散射效应而引入的一种高度偏差，波谷相较于波峰能够作为更好的雷达反射器，其单位面积内的后向散射功率大于波峰，因此雷达高度计测量的海平面要低于真实的海平面，对于雷达高度计海况偏差的校正主要依赖于经验模型，如：参数模型估计——利用未经海况偏差(SSB)校正的海面高度SSH进行线性回归确定SSB与风速(U)和有效波高(SWH)等变量的关系，以及非参数模型估计。对于传统雷达高度计，目前已经有学者构建了以SWH和风速U为查找范围，在不同海况条件下的SSB查找表，而成像高度计系统下的SSB测量还有待进一步研究。

SSB的值受到海况条件的影响，现有的关于SAR成像的仿真系统大多通过经验模型将误差项对应添加在仿真系统中，与实际成像过程存在差异，各个误差项之间本身存在着一定的耦合，无法单一而论，如：由于卫星在获取回波信号时面对的是一个受到倾斜调制、速度聚束、动力学调制三种不同的调制作用产生持续不间断的运动海面，影像获取的数据是静态的、在数据获取时间段内同时受到各种调制作用后得到的综合结果，所以单一的对初始状态下的静态海面分项添加过程中的误差与实际获取回波成像情况是背离的；且在仿真过程中大多预设了海面场景的仿真分辨率以及场景大小，而实际星载系统中，照射海面的场景大小以及成像分辨率应由入射角以及载荷预设信息获取。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向动态海面的星载小角度SAR海况偏差仿真方法，以弥补现有技术的不足。