一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，包括：对星载雷达的左边天线A

【技术实现步骤摘要】
一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法
本专利技术涉及天基雷达
，具体涉及一种星载微波雷达的高精度小地形坡度测量(测量精度优于0.0001°)，比如南北极冰架地形坡度(<3°)和海洋地形坡度(<0.1°)测量的方法，特别涉及一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法。
技术介绍
自2004年以来，科学界正在朝绘制高分辨率高精度(1mGal)全球重力场努力；同时南北极冰面高测量精度也需要进一步提高。这两者都需要高精度的地形坡度信息。目前可以用于海洋坡度测绘的雷达主要是星载微波高度计，比如国际国内现有的实孔径雷达高度计和近年来发展的3种新型雷达高度计——底视合成孔径雷达高度计，底视干涉合成孔径雷达高度计和宽刈幅小入射角干涉成像雷达高度计。(1)星载底视合成孔径雷达高度计。在传统实孔径雷达高度计的基础上，国外提出并研制了底视合成孔径高度计，比如欧空局在轨雷达高度计Sentinel-3(国内译称哨兵3号)。用于观测卫星正下方海面的平均高度，有效波高和后向散射系数，进而生成全球海面高程，海面波高，海面风速，海面坡度和海洋重力场产品。星载底视合成孔径雷达高度计可以测量沿轨方向的海洋坡度，但不能同时测量沿轨方向和交轨方向二维海面地形坡度。(2)星载底视合成孔径干涉雷达高度计，比如欧空局的在轨雷达高度计Cryosat-2。其工作模式分为底视实孔径模式，底视合成孔径模式和底视干涉合成孔径模式。其中底视干涉合成孔径模式主要用于南北极冰架地形坡度测量。理论上讲，该仪器可以实现对二维地形坡度测绘。但是由于地形坡度和基线横滚角耦合在一起共同影响干涉相位，因此它只能依赖于星上星敏感器，和对星敏感器的定标，而定标后的星敏感器精度只有100urad量级(1s平均)。因此，该仪器只能满足测冰架坡度的需求，但无法实现高精度(1urad)二维海洋地形坡度测量。(3)天基(星载)干涉成像雷达高度计。小入射角干涉成像高度计(比如国内天宫-2号的三维成像高度计，国外的SWOT高度计)的主要优势在于，由于采用了小入射角观测方式，相比前述底视雷达高度计，在同样的轨道高度上，其观测刈幅可以提高8倍左右，从而实现二维海面高成像，对于海洋动力学具有重要意义。代价是，测高精度比底视雷达高度计(比如传统实孔径雷达高度计，底视合成孔径高度计)有所下降。由于海洋地形坡度非常小，而成像高度计测高精度随着远离天底点而变差，所以不能实现高精度(urad量级)二维海面地形坡度测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有雷达高度计技术无法实现高精度二维地形坡度测绘的问题，尤其是海洋坡度测绘；提出了一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法。为实现上述目的，本专利技术的实施例1提出了一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，所述方法包括：对星载雷达的左边天线AL、中间天线AO和右边天线AR接收的回波进行方位向-距离向压缩处理，得到三个天线压缩处理后的脉冲回波；对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到两个干涉回波；对两个干涉回波分别进行方位向-距离向二维平滑；从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位；基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；利用回波输出的地形跟踪高程和对应的地面网格单元距离之比，计算地面网格单元上的顺轨方向坡度角。作为上述方法的一种改进，所述对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到两个干涉回波；具体包括：其中，为天线AO接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为天线AL接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AR天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为天线AO和天线AL之间第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的干涉回波，为天线AO和天线AR之间第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的干涉回波。作为上述方法的一种改进，所述从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位；具体包括：从干涉回波中提取的干涉相位为：从干涉回波中提取的干涉相位为：其中，()为取相位函数；n1，n2分别表示参与求和平均的方位向脉冲数目和参与平均的距离门数目；mij为第i个回波脉冲的第j个距离门，跟踪门标号为j0；ALAR干涉相位为：其中，k为电磁波波数，B为基线长度，即左边天线AL相位中心和右边天线AR相位中心的距离。作为上述方法的一种改进，所述基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；具体包括：ALAR干涉相位与横轨方向坡度角β的关系为：其中，d，e，f为雷达系统及平台参数，σh为地表均方根高度；利用多个干涉相位和最小二乘法，估计出横轨方向坡度角β。本专利技术的实施例2提出了一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，所述方法包括：对星载雷达的左边天线AL、中间天线AO、右边雷达天线AR、后向天线AA和前向天线AF接收的回波进行方位向-距离向压缩处理，得到五个天线压缩处理后的脉冲回波；对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到四个干涉回波；对四个干涉回波分别进行方位向-距离向二维平滑；从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位以及AAAF干涉相位；基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；基于多个AAAF干涉相位，利用最小二乘算法估计出顺轨方向坡度角。作为上述方法的一种改进，所述对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到四个干涉回波；具体包括：其中，为AO天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AL天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AR天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AA天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AF天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AO天线和AL天线之间第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的回波；为AO天线和AR天线之间的第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的回波；为AO天线和AA天线之间的第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的回波；为AO天线和AF天线之间的第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的回波。作为上述方法的一种改进，其特征在于，所述从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位以及AAAF干涉相位；具体包括：从干涉回波中提取的干涉相位为：从干涉回波中提取的干涉相位为：从干涉回波中提取的干涉相位ψOA(mij0)为：从干涉回波中提取的干涉相位ψOF(mij0)为：其中，()为取相位函数；n1，n2分别表示参与求和平均的方位向脉冲数目和参与平均的距离门数目；mij为第i个回波脉冲的第j个距离门，跟踪门标号为j0；ALAR干涉相位为：AAAF干涉相位为：其中，k为电磁波波数，B为基线长度，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，所述方法包括：/n对星载雷达的左边天线A

【技术特征摘要】
1.一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，所述方法包括：
对星载雷达的左边天线AL、中间天线AO和右边天线AR接收的回波进行方位向-距离向压缩处理，得到三个天线压缩处理后的脉冲回波；
对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到两个干涉回波；
对两个干涉回波分别进行方位向-距离向二维平滑；
从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位；
基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；
利用回波输出的地形跟踪高程和对应的地面网格单元距离之比，计算地面网格单元上的顺轨方向坡度角。


2.根据权利要求1所述的利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，其特征在于，所述对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到两个干涉回波；具体包括：






其中，为天线AO接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为天线AL接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AR天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为天线AO和天线AL之间第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的干涉回波，为天线AO和天线AR之间第i个干涉回波脉冲的第j个距离门的干涉回波。


3.根据权利要求2所述的利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，其特征在于，所述从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位；具体包括：
从干涉回波中提取的干涉相位为：



从干涉回波中提取的干涉相位为：



其中，()为取相位函数；n1，n2分别表示参与求和平均的方位向脉冲数目和参与平均的距离门数目；mij为第i个回波脉冲的第j个距离门，跟踪门标号为j0；
ALAR干涉相位为：



其中，k为电磁波波数，B为基线长度，即左边天线AL相位中心和右边天线AR相位中心的距离。


4.根据权利要求3所述的利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，其特征在于，所述基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；具体包括：
ALAR干涉相位与横轨方向坡度角β的关系为：



其中，d，e，f为雷达系统及平台参数，σh为地表均方根高度；
利用多个干涉相位和最小二乘法，估计出横轨方向坡度角β。


5.一种利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，所述方法包括：
对星载雷达的左边天线AL、中间天线AO、右边雷达天线AR、后向天线AA和前向天线AF接收的回波进行方位向-距离向压缩处理，得到五个天线压缩处理后的脉冲回波；
对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到四个干涉回波；
对四个干涉回波分别进行方位向-距离向二维平滑；
从平滑后的干涉回波中提取ALAR干涉相位以及AAAF干涉相位；
基于多个ALAR干涉相位，利用最小二乘算法估计出横轨方向坡度角；
基于多个AAAF干涉相位，利用最小二乘算法估计出顺轨方向坡度角。


6.根据权利要求5所述的利用底视差分干涉测量二维地形坡度的方法，其特征在于，所述对压缩处理后的脉冲回波进行干涉处理，得到四个干涉回波；具体包括：












其中，为AO天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AL天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AR天线接收的第i个回波脉冲的第j个距离门的回波；为AA天线接收的第i个回波脉冲的第j个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨双宝，康雪艳，翟振和，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11