高分辨率SAR定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性的校正方法

洪 峻　　雷大力*　　王 宇　　費(fèi)春嬌(中國科學(xué)院電子學(xué)研究所　北京　100190)(微波成像技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　100190)(電磁輻射與探測技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　100190)(中國科學(xué)院大學(xué)　北京　100190)

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高分辨率SAR定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性的校正方法

洪 峻①②雷大力*①②④王 宇①②費(fèi)春嬌①③④
①(中國科學(xué)院電子學(xué)研究所北京100190)
②(微波成像技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100190)
③(電磁輻射與探測技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100190)
④(中國科學(xué)院大學(xué)北京100190)

摘要：定標(biāo)參考目標(biāo)雷達(dá)截面積(RCS)的頻率、入射角相關(guān)性是一個固有性質(zhì)，對于常規(guī)SAR系統(tǒng)，在小帶寬/窄方位波束條件下通常近似認(rèn)為目標(biāo)具有恒定的后向散射特性，即RCS為一常數(shù)；然而，對于高分辨率SAR系統(tǒng)，繼續(xù)用中心頻點(diǎn)、方位角處的RCS表示大信號帶寬/寬方位波束條件下的RCS，將會直接影響輻射定標(biāo)的準(zhǔn)確性。鑒于此，該文提出基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或參考定標(biāo)體的目標(biāo)輻射特性校正方法，暗室地基SAR系統(tǒng)仿真結(jié)果表明，在目標(biāo)輻射特性校正前后，點(diǎn)目標(biāo)積分能量相差1.2 dB；實(shí)測數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，經(jīng)過參考目標(biāo)輻射特性校正，SAR圖像中點(diǎn)目標(biāo)旁瓣更加對稱，且方位向主瓣寬度變窄，在時域更接近理想點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)，從而驗(yàn)證了校正算法的有效性。

關(guān)鍵詞：高分辨率SAR系統(tǒng)；輻射定標(biāo)；雷達(dá)截面積；參考目標(biāo)輻射特性校正；地基SAR系統(tǒng)

1 引言

輻射定標(biāo)是合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用的前提，通過定標(biāo)可以獲得SAR圖像灰度與地物后向散射特性之間的量化關(guān)系[1，2]。基于隨著大量機(jī)載高分辨率SAR系統(tǒng)出現(xiàn)，定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性不可避免地會受到大信號帶寬/寬方位波束的影響，不再成為理想點(diǎn)目標(biāo)，因而需要針對這種影響提出相應(yīng)的定標(biāo)參考目標(biāo)校正措施，從而提高傳統(tǒng)基于點(diǎn)目標(biāo)的輻射定標(biāo)算法精度[3，4]。

超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)SAR系統(tǒng)具有較大的相對帶寬和波束寬度，文獻(xiàn)[5]對低頻UWB-SAR校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了輻射校準(zhǔn)和極化校準(zhǔn)模型，但由于距離分辨率較低，尚不屬于高分辨率SAR范疇；文獻(xiàn)[6～8]仿真分析得出在理想點(diǎn)目標(biāo)條件下隨著信號帶寬變大、方位波束變寬，圖像域的系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)(Impulse Response Function，IRF)出現(xiàn)了距離旁瓣變寬和方位旁瓣衰減、分叉的現(xiàn)象，并且理論推導(dǎo)了適合UWB-SAR系統(tǒng)質(zhì)量評價的IRF和距離、方位分辨率方程；文獻(xiàn)[9]研究了由角反射器的機(jī)械加工誤差引起的相位分離現(xiàn)象，并采用高頻近似法分析了頻帶調(diào)制效應(yīng)對角反射器RCS的影響，但缺少合理的分析和驗(yàn)證；文獻(xiàn)[10，11]揭示了傳統(tǒng)RCS定義所導(dǎo)致的SAR圖像輻射觀測不準(zhǔn)確現(xiàn)象，并提出了等效RCS的概念，但沒有給出定量分析結(jié)果或解決方案。針對上述問題，本文提出基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或基于參考定標(biāo)體的定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性校正算法，以消除大信號帶寬/寬方位波束條件下定標(biāo)參考目標(biāo)的頻率、入射角相關(guān)性，從而確保輻射測量的差異是由于成像目標(biāo)，而不是定標(biāo)參考目標(biāo)的自身輻射特性變化造成的。

本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第2節(jié)通過3維電磁仿真軟件FEKO構(gòu)建三面角反射器電磁散射模型，定量描述大信號帶寬/寬方位波束條件下定標(biāo)參考目標(biāo)RCS隨頻率、方位角的變化范圍；第3節(jié)對比常規(guī)SAR系統(tǒng)，理論推導(dǎo)基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或參考定標(biāo)體的高分辨率SAR定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性的校正算法；第4節(jié)通過微波暗室地基SAR實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，驗(yàn)證校正算法的有效性；第5節(jié)總結(jié)全文。

2 問題現(xiàn)象簡述

SAR系統(tǒng)輻射定標(biāo)常用的參考目標(biāo)是三面角或二面角反射器，本文以三面角反射器為例，分析在中心頻率為16 GHz，相對帶寬為25%，方位波束寬度為30°情況下的參考目標(biāo)RCS變化，三面角反射器的特征尺寸為10 cm，F(xiàn)EKO電磁仿真數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB處理后的結(jié)果如圖1所示。

通過仿真后文介紹的地基SAR系統(tǒng)，對比采用上述隨系統(tǒng)帶寬、方位波束變化的參考目標(biāo)RCS和恒定的中心頻率處RCS的點(diǎn)目標(biāo)能量提取結(jié)果，系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1所示，采用ωK算法的點(diǎn)目標(biāo)能量提取結(jié)果如圖2所示。

表1　點(diǎn)目標(biāo)仿真系統(tǒng)參數(shù)

在點(diǎn)目標(biāo)仿真條件下，可以認(rèn)為系統(tǒng)滿足理想線性條件、天線方向圖在寬方位波束下滿足平坦性、且無雜波干擾，因此，前后成像結(jié)果主要受參考目標(biāo)RCS的影響。采用恒定的中心頻率處RCS的點(diǎn)目標(biāo)能量提取結(jié)果為19.2470 dB，采用隨帶寬、方位波束變化的RCS的點(diǎn)目標(biāo)能量提取結(jié)果為20.3456 dB，可見，二者相差大約1.1 dB。

綜上，可以看出在系統(tǒng)帶寬和方位波束內(nèi)，歸一化RCS隨頻率或方位角的變化分別超過3 dB和1 dB，對于國內(nèi)外各種高分辨率SAR系統(tǒng)，在測量輻射定標(biāo)常數(shù)時，假如繼續(xù)用參考目標(biāo)中心頻率處的RCS表示系統(tǒng)帶寬內(nèi)的RCS變化，即不能反映出目標(biāo)的真實(shí)后向散射特性，因此，需要對高分辨率SAR定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性進(jìn)行校正處理，以滿足各級輻射定標(biāo)產(chǎn)品的精度要求。

圖1　RCS隨帶寬、方位波束的變化關(guān)系

圖2　點(diǎn)目標(biāo)仿真結(jié)果對比

3 定標(biāo)參考目標(biāo)輻射特性的校正算法

在高分辨率SAR系統(tǒng)大信號帶寬/寬方位波束條件下，雷達(dá)方程可以表示為

其中，Pr為接收信號功率，Pt為發(fā)射信號功率，Pn為噪聲信號功率，G2(f，φ)為雙程天線方向圖，φ為雷達(dá)照射目標(biāo)的方位視角，Gs(f)為系統(tǒng)增益，λ為發(fā)射信號波長，R(φ)為雷達(dá)與目標(biāo)的斜距，σ(f，φ)為參考目標(biāo)的雷達(dá)截面積，此時可以表示為

其中，A(f，φ)和ψ(f，φ)分別是與頻率、方位角相關(guān)的幅度和相位函數(shù)。

假設(shè)系統(tǒng)滿足線性條件，且通過內(nèi)定標(biāo)可以估計系統(tǒng)噪聲，那么SAR復(fù)圖像的數(shù)學(xué)模型為

其中，K為定標(biāo)常數(shù)，* 代表卷積，S(x，y)為SAR復(fù)數(shù)據(jù)，x和y是空間坐標(biāo)，h(x，y)為系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

對于窄帶/窄方位波束常規(guī)SAR系統(tǒng)，圖像中來自單一點(diǎn)目標(biāo)的原始數(shù)據(jù)可以描述為

經(jīng)過平方律檢波和點(diǎn)目標(biāo)積分能量提取后可以表示為

而對于寬帶/寬方位波束高分辨率SAR系統(tǒng)，式(4)應(yīng)該表示為

由波數(shù)域成像算法[12-16]可知，單個參考目標(biāo)的方位向空域、距離向頻域的回波信號可以表示為其中，P(f)為發(fā)射信號頻譜，σ1(φ，f)為參考目標(biāo)RCS，位于處，A(φ，f)為天線方向圖，在目標(biāo)相對雷達(dá)的視角變化范圍不超過天線半功率點(diǎn)所對應(yīng)的波束寬度時，可認(rèn)為天線方向圖滿足理想條件；若不滿足上述條件，如大視角情況下，則需要進(jìn)行天線方向圖校正。

因此，參考目標(biāo)的2維波數(shù)域圖像可以表示為

通過上述分析，本文提出基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或基于參考定標(biāo)體的參考目標(biāo)輻射特性的校正算法，相同點(diǎn)是兩種算法都依據(jù)參考數(shù)據(jù)在2維波數(shù)域進(jìn)行校正；不同點(diǎn)是前一種算法基于暗室或電磁仿真測量的參考目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，而后一種算法基于相同場景下另一參考定標(biāo)體數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

3.1 基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的參考目標(biāo)輻射特性校正算法

由于方位向天線方向圖與參考目標(biāo)輻射特性在空域?yàn)榫矸e關(guān)系，直接在空域進(jìn)行參考目標(biāo)輻射特性校正比較復(fù)雜；而在波數(shù)域上二者滿足加權(quán)關(guān)系，且相比于時域校正，此時已經(jīng)過2維匹配濾波處理，相位特性比較穩(wěn)定，不易受到雜波影響，因此，參考目標(biāo)輻射特性校正通常在波數(shù)域進(jìn)行[17]。本文嘗試基于微波暗室內(nèi)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量或電磁仿真軟件計算的參考目標(biāo)RCS數(shù)據(jù)，在2維波數(shù)域進(jìn)行校正，主要步驟如下：

(2)由于暗室測量或電磁仿真計算獲得的RCS數(shù)據(jù)是極坐標(biāo)表示，需要轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)表示；

值得指出并可以預(yù)見的是，這種參考目標(biāo)輻射特性校正算法的精度直接取決于參考目標(biāo)RCS微波暗室測量數(shù)據(jù)或電磁仿真數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度，并且需要精確測量待校正的參考目標(biāo)相對于SAR系統(tǒng)收發(fā)信號的方位俯仰角和位置關(guān)系，才能準(zhǔn)確校正參考目標(biāo)的輻射特性。

3.2 基于參考定標(biāo)體的參考目標(biāo)輻射特性校正算法

參考目標(biāo)RCS的大小直接影響點(diǎn)目標(biāo)能量提取結(jié)果，進(jìn)而對定標(biāo)常數(shù)測量結(jié)果形成影響，而這些參量均是通過對SAR圖像后處理獲得，因此，本節(jié)考慮另一種解決思路。

對于一幅包含多個相同參考目標(biāo)的SAR圖像可以表示為

因此，可以通過式(9)去校正式(11)，假設(shè)方位向天線方向圖的影響可以忽略，則校正后的SAR圖像可以表示為

4 地基SAR系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證

鑒于目前較難獲取大信號帶寬/寬方位波束的高分辨率SAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)，而地基SAR系統(tǒng)具有成本低、實(shí)驗(yàn)條件可控性強(qiáng)，可重復(fù)性高等優(yōu)勢，且通常具有大信號帶寬和寬方位波束的特點(diǎn)，是驗(yàn)證高分辨率SAR系統(tǒng)的有效手段。因此，本文借助中國科學(xué)院電子學(xué)研究所的微波暗室天線方向圖測量系統(tǒng)，經(jīng)過適當(dāng)改造，成功應(yīng)用在地基SAR成像方面，實(shí)驗(yàn)所用的Ku波段喇叭天線尺寸為0.971 m×0.091 m，方位向半功率點(diǎn)波束寬度大約為14°，俯仰向半功率點(diǎn)波束寬度大約為12°，如圖3所示。

圖3　地基SAR系統(tǒng)及暗室實(shí)測Ku波段天線方向圖

本實(shí)驗(yàn)借助矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生中心頻率為16 GHz的掃頻信號，掃描架以“一步一?！钡哪Ｊ窖厮椒较蜻\(yùn)動，并在停下時通過Ku喇叭天線發(fā)射、接收信號，系統(tǒng)按照設(shè)定的起始頻率、頻率間隔、終止頻率，記錄下被測目標(biāo)在每個采樣位置處所有頻率點(diǎn)的散射回波信號的幅值和相位，重復(fù)此過程直到測量結(jié)束[19]。因此，本文通過在適當(dāng)參數(shù)設(shè)定下的地基SAR系統(tǒng)，模擬具有大信號帶寬/寬方位波束的高分辨率SAR系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行成像處理，系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

為研究參考目標(biāo)輻射特性校正對輻射定標(biāo)的影響，需要先消除地基SAR系統(tǒng)距離功率衰減、俯仰天線方向圖對圖像的影響，距離衰減對成像結(jié)果的影響程度由觀測距離和觀測場景的距離向尺寸決定，如下面實(shí)驗(yàn)中目標(biāo)的斜距范圍為3.2～4.3 m，其近遠(yuǎn)距的強(qiáng)度差別為：，該誤差會影響成像結(jié)果中目標(biāo)的真實(shí)信息，因此，需要對距離衰減進(jìn)行校正；另外，在俯仰天線方向圖的±10°處，已達(dá)到大約-6 dB的幅度衰減，也必需進(jìn)行校正。

表2　地基SAR系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

在地基SAR系統(tǒng)帶寬4 GHz、方位波束14°條件下，沿距離向布設(shè)4個特征尺寸為10 cm的三面角反射器，相互間隔50 cm，垂直軌道的地面距離分別為2.0 m，2.5 m，3.0 m和3.5 m，距離功率衰減、俯仰天線方向圖校正前后的結(jié)果如圖4所示。

實(shí)際上，基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和基于參考定標(biāo)體的校正算法，在原理上是基本相同的，只是用于校正的參考數(shù)據(jù)源有差別，因此，本文以基于參考定標(biāo)體的參考目標(biāo)輻射特性校正算法為例進(jìn)行說明。首先對比單個參考目標(biāo)輻射特性校正的效果，校正前的結(jié)果如圖5所示。

本文通過一個20 cm三面角反射器去校正一個10 cm的三面角角反射器，由于各個參考目標(biāo)大致位于場景中心附近，因此，它們具有基本相同的系統(tǒng)沖激響應(yīng)；然后分別對10 cm和20 cm角反射器進(jìn)行成像，均獲得2維波數(shù)域復(fù)數(shù)據(jù)，接下來的步驟參考式(13)進(jìn)行。需要注意的是，一方面在處理過程中應(yīng)該避免除零，需要將低于設(shè)定閾值的區(qū)域作置1處理；另外，還需要濾除有效目標(biāo)區(qū)域以外的其它干擾，即相當(dāng)于再做一個頻域?yàn)V波處理，校正后的結(jié)果如圖6所示。

通過對比圖5和圖6及表3各項(xiàng)參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，參考目標(biāo)旁瓣明顯變得更加對稱，且方位向主瓣寬度變窄，說明經(jīng)過校正算法處理，消除了距離向旁瓣不對稱現(xiàn)象；另外，方位向天線方向圖和參考目標(biāo)RCS隨頻帶、方位角變化(即參考目標(biāo)方向圖)相當(dāng)于對信號作加窗截斷處理，從而壓低了旁瓣，起到了類似銳化窗的作用，而經(jīng)過校正算法處理相當(dāng)于去除了上述兩個窗的影響，造成校正前的距離向PSLR、方位向ISLR和方位向PSLR優(yōu)于校正后，但校正后的點(diǎn)目標(biāo)明顯地在時域更接近理想點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)。

對圖4中已做距離功率衰減校正、俯仰天線方向圖校正，沿距離向布設(shè)的4個參考目標(biāo)進(jìn)行RCS校正，結(jié)果如圖7所示。

通過對比圖4(e)和圖7可以得出與單個參考目標(biāo)RCS校正同樣的結(jié)論，圖像中各個參考目標(biāo)旁瓣均變得更加對稱，且圖像質(zhì)量有明顯得提升。

5 結(jié)束語

針對高分辨率SAR大信號帶寬/寬方位波束條件下，參考目標(biāo)RCS對輻射定標(biāo)的影響，本文提出了基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或參考定標(biāo)體的參考目標(biāo)輻射特性校正方法，并通過將微波暗室天線方向圖測量系統(tǒng)應(yīng)用在地基SAR成像方面，模擬高分辨率SAR系統(tǒng)，獲取了大信號帶寬/寬方位波束條件下的回波數(shù)據(jù)，通過對比分析應(yīng)用校正方法前后的三面角反射器的成像結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SAR圖像中點(diǎn)目標(biāo)旁瓣變得更加對稱，方位向主瓣寬度變窄，在時域更接近理想點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)，從而驗(yàn)證了本文所提校正方法的有效性，這對于未來高分辨率SAR系統(tǒng)絕對輻射定標(biāo)常數(shù)測量和定標(biāo)精度檢驗(yàn)方法研究具有重要的借鑒意義。

表3　單個參考目標(biāo)RCS校正前后圖像質(zhì)量參數(shù)對比

圖4　距離衰減、俯仰天線方向圖校正前后的成像結(jié)果

圖5　單個參考目標(biāo)RCS校正前的結(jié)果

圖6　單個參考目標(biāo)RCS校正后的結(jié)果

圖7　4個參考目標(biāo)RCS校正后的結(jié)果

參考文獻(xiàn)

[1]CURLANDER J C.韓傳釗譯.合成孔徑雷達(dá)--系統(tǒng)與信號處理[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006:217-220.CURLANDER J C.Synthetic Aperture Radar:Systems and Signal Processing[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2006:217-220.

[2]李震，廖靜娟.合成孔徑雷達(dá)地表參數(shù)反演模型與方法[M].北京:科學(xué)出版社，2011:24-33.LI Zhen and LIAO Jingjuan.Synthetic Aperture Radar Earth Surface Parameters Inversion Models and Approaches[M].Beijing:Science Press，2011:24-33.

[3]FREEMAN A.SAR calibration:an overview[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，1992，30(6):1107-1123.

[4]GRAY A L，PARIS W V，and CHARLES E L.Synthetic aperture radar calibration using reference reflectors[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，1990，28(3):374-382.

[5]鄒鯤.低頻UWB-SAR校準(zhǔn)技術(shù)研究[D].[博士論文]，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005:32-46.ZOU Kun.Research on low frequency UWB-SAR calibration technique[D].[Ph.D.dissertation]，National University of Defense Technology，2005:32-46.

[6]VIET T V，THOMAS K S，and MATS I P.An impulse response function for evaluation of UWB SAR imaging[J].IEEE Transactions on Signal Processing，2010，58(7):3927-3932.

[7]VIET T V，THOMAS K S，and MATS I P.On synthetic aperture radar azimuth and range resolution equations[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2012，48(2):1764-1769.

[8]ULANDER L M H.Impulse response function for Ultra-wideband SAR[C].10th European Conference on Synthetic Aperture Radar，Berlin，Germany，2014:798-801.

[9]林新越.高分辨率SAR參考目標(biāo)輻射特性分析與校正方法研究[D].[碩士論文]，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所，2010:63-99.LIN Xinyue.Research on analysis and calibration methods for high resolution SAR reference targets’ radiometric characteristics[D].[Master dissertation]，Institute of Electrics，Chinese Academy of Sciences，2010:63-99.

[10]BJORN J D，PHILIPP R L，MATTHIAS J，et al.Reference target correction based on point-target SAR simulation[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2012，50(3):951-958.

[11]BJORN J D and MARCO S.The radiometric measurement quantity for SAR images[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing，2013，51(12):5307-5313.

[12]Mehrdad SOUMEKH.Reconnaissance with ultra wideband UHF Synthetic Aperture Radar[J].IEEE Signal Processing Magazine，1995，12(4):21-39.

[13]Mehrdad SOUMEKH.Signal processing of wide bandwidth and wide beamwidth P-3 SAR data[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2001，37(4):1122-1141.

[14]孫金平.機(jī)載聚束模式合成孔徑雷達(dá)的成像算法研究[D].[博士論文]，北京航空航天大學(xué)研究生院，2001:24-47.SUN Jinping.Research on imaging algorithm of airborne spotlight mode synthetic aperture rada[D].[Ph.D.dissertation]，Graduate School of Beihang University，2001:24-47.

[15]CARRAR W G，GOODMAN R S，MAJEWSKI R M，et al.Spotlight Synthetic Aperture Radar:Signal Processing Algorithms[M].Boston，Artech House，1995:90101.

[16]JAKOWATZ C V，WAHL D E，EICHEL P H，et al.Spotlight-Mode Synthetic Aperture Radar:A Signal Processing Approach[M].Boston，Kluwer Academic Publishers，1996:8295.

[17]乞耀龍.近景微波三維成像模型與方法研究[D].[博士論文]，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所，2012:42-75.QI Yaolong.Research on microwave three dimensional imaging model and method of close range[D].[Ph.D.dissertation]，Institute of Electrics，Chinese Academy of Sciences，2012:42-75.

[18]孟大地，丁赤飚.一種用于寬帶機(jī)載SAR的空變相位誤差補(bǔ)償算法[J].電子與信息學(xué)報，2007，29(10):2375-2378.MENG Dadi and DING Chibiao.An algorithm for space variant phase error compensation of wideband airborne SAR[J].Journal of Electronics ＆ Information Technology，2007，29(10):2375-2378.

[19]張麟兮，李南京，胡楚鋒，等.雷達(dá)目標(biāo)散射特性測試與成像診斷[M].北京:中國宇航出版社，2009:146-206.ZHANG Linxi，LI Nanjin，HU Chufeng，et al.Test and Imaging Diagnosis of Radar Target Scattering Characteristics[M].Beijing:China Astronautic Publishing House，2009:146-206.

洪峻：男，1960年生，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)镾AR定標(biāo)技術(shù)、機(jī)載SAR系統(tǒng)設(shè)計.

雷大力：男，1989年生，碩士生，研究方向?yàn)楦叻直媛蔛AR成像及輻射定標(biāo)算法、軟件設(shè)計.

王宇：男，1976年生，副研究員，研究方向?yàn)闄C(jī)載SAR定標(biāo)技術(shù).

費(fèi)春嬌：女，1989年生，博士生，研究方向?yàn)殡姶泡椛渑c探測技術(shù).

Correction Methods of Calibration Reference Targets’ Radiometric Characteristic in High-resolution SAR Systems

HONG Jun①②LEI Dali①②④WANG Yu①②FEI Chunjiao①③④
①(Institute of Electronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)
②(National Key Laboratory of Microwave Imaging Technology，Beijing 100190，China)
③(Key Laboratory of Electromagnetic Radiation and Detection Technology，Beijing 100190，China)
④(University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

Abstract:The calibration reference point targets’ Radar Cross Section(RCS)is a inherent property depending on frequency and incidence angle，for traditional SAR systems，which can be approximately regarded as a constant under the condition of narrowband and narrow beam.However，for high-resolution SAR systems，replacing the RCS in the case of wideband and wide beam by the RCS of central frequency and azimuth aspect，will result in an inaccurate radiometric calibration output.In this paper，correction methods of reference point targets in the echo domain or in the complex image domain are presented.From the experimental result of simulation and ground-based SAR，it can be seen that the absolute calibration factor varies over 1.2 dB before and after the reference point target correction.The results of real data show that point targets in the SAR image are more symmetric after correction of reference targets’ radiometric characteristic，and the main lobe in azimuth becomes narrower，which is more close to ideal point target impulse response in time domain，thus validating the effectiveness of the correction algorithm.

Key words:High-resolution SAR systems; Radiometric calibration; Radar Cross Section(RCS); Correction of reference targets’ radiometric characteristic; Ground-based SAR system

基金項(xiàng)目：對地觀測系統(tǒng)國家科技重大專項(xiàng)(GFZX0403220402，GFZX04032204)

*通信作者：雷大力 leidali2010@163.com

收稿日期：2015-05-13；改回日期：2015-11-10；網(wǎng)絡(luò)出版：2015-12-18

DOI:10.11999/JEIT150570

中圖分類號：TN957

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-5896(2016)02-0418-07

Foundation Items:National Science and Technology Major Project on Earth Observation System(GFZX0403220402，GFZX04032204)