5實(shí)施方案v12幾何輻射定標(biāo)分系統(tǒng)武漢大學(xué)張過

1、 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案目錄目 錄i圖 目 錄vi表 目 錄vii1.文檔說明11.11.21.31.4標(biāo)識1文檔概述1術(shù)語與定義1文檔22.項目概述32.12.22.32.42.5項目來源3項目研制內(nèi)容3項目的目標(biāo)3項目周期3項目的意義和作用4設(shè)計4設(shè)計方案43.3.13.1.13.1.23.1.3概述4設(shè)計原則4. 43.1.3.1 幾何定標(biāo)技術(shù)43.1.3.2 輻射定標(biāo)技術(shù)6結(jié)構(gòu)103.1.43.1.5接口. 123.1.5.13.1.5.2. 12. 12硬件接口接口3.1.6工作流程13i 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案3.1.73.1.83.1.93.1.10軟硬件環(huán)境13功能指標(biāo)13性能

2、指標(biāo)14主要指標(biāo)分析143.1.10.13.1.10.23.1.10.33.1.10.4斜距定標(biāo)指標(biāo)14輻射內(nèi)定標(biāo)指標(biāo)15相對輻射定標(biāo)指標(biāo)15絕對輻射定標(biāo)指標(biāo)163.1.11 指標(biāo)分配17設(shè)計方案173.23.2.1定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn). 17結(jié)構(gòu)173.2.1.13.2.1.23.2.1.33.2.1.4定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)接口. 18定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)功能指標(biāo)19性能指標(biāo)19定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)3.2.2定標(biāo)場管理子系統(tǒng)193.2.2.13.2.2.23.2.2.33.2.2.4幾何定定標(biāo)場管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)19. 19定標(biāo)場管理子系統(tǒng)接口定標(biāo)場管理子系統(tǒng)功能指標(biāo)20定標(biāo)場管理子系統(tǒng)性能指標(biāo)20. 203.2.33.2.

3、3.13.2.3.23.2.3.33.2.3.4輻射定幾何定結(jié)構(gòu)20. 21幾何定接口幾何定功能指標(biāo)21性能指標(biāo)21. 22結(jié)構(gòu)22幾何定3.2.43.2.4.13.2.4.23.2.4.3輻射定輻射定接口. 22功能指標(biāo)23ii輻射定 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案3.2.4.4 輻射定性能指標(biāo)234.實(shí)施途徑23研制現(xiàn)狀和工作基礎(chǔ)234.14.2實(shí)施路線與. 24. 24. 254.2.14.2.2幾何定輻射定4.34.44.5硬件部署26部署26軟硬件支撐環(huán)境需求265.其他非功能性設(shè)計275.1可靠性設(shè)計275.1.15.1.25.1.35.1.45.1.5自頂向下的設(shè)計模式27. 27復(fù)雜度

4、容錯設(shè)計28接口標(biāo)準(zhǔn)化28測試充分285.2維修性設(shè)計285.2.1程序維修性設(shè)計295.2.1.15.2.1.25.2.1.3模塊化設(shè)計29程序的可性設(shè)計29故障與安裝維修295.2.2 數(shù)據(jù)與文檔維修性設(shè)計305.2.2.1 數(shù)據(jù)維修性設(shè)計305.2.2.2 文檔維修性設(shè)計30保障性設(shè)計315.35.3.1 項目組保證設(shè)計315.3.2開發(fā)質(zhì)量保障設(shè)計315.3.2.1 質(zhì)量管理內(nèi)容31iii 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案5.3.2.2 質(zhì)量管理責(zé)任分配315.3.2.3 質(zhì)量保障措施325.3.3 進(jìn)度保障設(shè)計335.3.3.1 加強(qiáng)項目進(jìn)度管理335.3.3.2項目進(jìn)度措施335.4測試性設(shè)

5、計335.4.15.4.25.4.35.4.45.4.55.4.65.4.75.4.85.4.9審計和測試34轉(zhuǎn)換測試34用戶文檔和流程測試34錯誤處理測試35功能測試35安裝測試35接口/系統(tǒng)交互測試35平試36回歸測試365.4.105.4.115.4.125.4.135.4.145.4.155.4.165.4.17流測試36可用性測試37備份和恢復(fù)測試37作業(yè)流測試37操作性測試37性能測試38安全測試38/容量測試385.5安全性設(shè)計385.5.15.5.2概要設(shè)計階段的安全性工作39概要設(shè)計階段的安全性保證395.65.7環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計40電磁兼容性設(shè)計415.7.1 系統(tǒng)間電磁騷擾

6、的. 41和iv 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案5.7.1.15.7.1.25.7.1.35.7.1.4系統(tǒng)間電磁騷擾的. 41. 42. 42對有用信號的對人為騷擾的自然騷擾源425.7.25.7.35.7.4系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容的和設(shè)計42電磁兼容設(shè)計的效費(fèi)比43電磁兼容設(shè)計的. 436.需求滿足度說明436.16.2功能指標(biāo)滿足度說明43性能指標(biāo)滿足度說明44實(shí)施管理44實(shí)施技術(shù)流程44實(shí)施進(jìn)度與節(jié)點(diǎn)交付內(nèi)容45實(shí)施團(tuán)隊467.7.17.27.37.3.17.3.2. 46團(tuán)隊項目成員46交付成果467.47.4.17.4.27.4.3. 46. 47硬件業(yè)務(wù)技術(shù)文檔資料477.5實(shí)施進(jìn)度與質(zhì)量的保障

7、措施478.結(jié)束語48v 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案圖 目 錄4-1 點(diǎn)目標(biāo)能量積分區(qū)域與背景區(qū)10圖圖4-2 幾何輻射定標(biāo)4-3 幾何輻射定標(biāo)4-4 幾何輻射定標(biāo)4-5 定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)4-6 定標(biāo)準(zhǔn)組成圖11圖外部接口圖12處理流程圖13組成圖18接口圖18圖圖圖4-7 定標(biāo)場管理子系統(tǒng)組成圖194-8 定標(biāo)場管理子系統(tǒng)接口圖20圖圖圖4-9 幾何定4-10 幾何定4-11 輻射定4-12 輻射定組成圖21接口圖21組成圖22接口圖23實(shí)施路線圖25實(shí)施路線圖26研制和建設(shè)過程45圖圖圖5-1 幾何定圖圖5-28-1輻射定圖幾何輻射定標(biāo)vi 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案表 目 錄文檔列表2表3-1表2-1

8、4-14-24-3幾何輻射定標(biāo)研制內(nèi)容3表幾何輻射定標(biāo)數(shù)據(jù). 12斜距標(biāo)定精度14測量精度比較15表表表4-4 反射器 RCS 的影響因素和程度164-5 有源定標(biāo)器的精度分析17表表4-6 幾何輻射定標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)分配17軟硬件環(huán)境支撐需求26表5-1幾何輻射定標(biāo)6-17-1安全性保證活動39系統(tǒng)主要功能要求滿足情況說明43系統(tǒng)主要性能要求滿足情況說明44表表表7-28-18-2實(shí)施進(jìn)度表45一覽表46表幾何輻射定標(biāo)表項目主要組成vii 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案1. 文檔說明1.1 標(biāo)識本文檔的編號為 SZ1-SSFA-20110907-XX；本文檔的標(biāo)題為“本文檔適用于建設(shè)項目實(shí)施方案”；一

9、號地一號地幾何輻射定標(biāo)建設(shè)項目；本文檔的版本號為 V1.0。1.2 文檔概述本文檔撰寫的內(nèi)容為一號地中幾何輻射定標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計、實(shí)施途徑、其他非功能性設(shè)計、需求滿足度說明、實(shí)施。1.3 術(shù)語與定義SAR 幾何定標(biāo)：通過地面布設(shè)的角反射器點(diǎn)對SAR 的系統(tǒng)誤差進(jìn)行標(biāo)定、補(bǔ)償，提高SAR 影像在無點(diǎn)情況下的幾何定位精度。SAR 輻射定標(biāo)：通過地面布設(shè)的輻射定標(biāo)亮度并對誤差進(jìn)行標(biāo)定、補(bǔ)償。計算相對及絕對的輻射角反射器：又名雷達(dá)反射器，它是通過金屬板材根椐不同用途做成的不同規(guī)格的雷達(dá)波反射器，常用于 SAR 載荷的幾何定標(biāo)。SAR 有源定標(biāo)器：具有測量 SAR 天線模擬地面目標(biāo)的功能，用于定期獲取不同波

10、段 SAR、監(jiān)測 SAR 脈沖信號、相對輻射定標(biāo)、絕對輻射定標(biāo)和輻射質(zhì)量評價等的。精密軌道：是指地面接收到觀測數(shù)據(jù)后 24 小時內(nèi)提供的精密軌道，利用快速精密軌道和鐘差計算的精度優(yōu)于 5-10cm 的軌道，主要用于 SAR 成像和后續(xù)影像深。RawData：地面接收站接收的、解壓縮、格式編排、輔助下行壓縮回波碼流數(shù)據(jù)后，經(jīng)過解擾、分離后得到的整軌數(shù)據(jù)。SLC：單視斜距復(fù)影像。復(fù)數(shù)形式，包含幅度和相位，保持了原始 SAR 數(shù)據(jù)的斜距成像的幾何特征，不包含地理坐標(biāo)。1 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案1.4文檔表1-1文檔列表2序號標(biāo)題修訂版本修訂日期來源1一號SAR 遙感試驗(yàn)研制總要求V52017 年中科

11、遙感21 號地 建設(shè)任務(wù)需求2017 年版2017 年中科遙感（）衛(wèi)星應(yīng)用中科遙感3SAR 遙感初步方案報告V2.02017 年 3 月航天紅海特4地設(shè)計思想與研制規(guī)范V1.02017 年10 月中科遙感（）衛(wèi)星應(yīng)用5一號在軌運(yùn)行管理方案V1.02017 年 4 月中科遙感（）衛(wèi)星應(yīng)用中科遙感6一號定標(biāo)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)指標(biāo)論證報告V1.02017 年 8 月大學(xué)7攝影測量與遙感術(shù)語2009 年版2009 年化管理委員會8數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收2008 年版2008 年化管理委員會9計算機(jī)測試文檔編制規(guī)范2008 年版2008 年化管理委員會10計算機(jī)測試規(guī)范2008 年版2008 年化管理委

12、員會11工程質(zhì)量要求和評價 商業(yè)現(xiàn)貨的質(zhì)量要求和測試細(xì)則2011 年版2010 年化管理委員會12工程質(zhì)量2006 年版2006 年化管理委員會13工程評價2003 年版2002 年化管理委員會14生存周期過程2007 年版2007 年標(biāo)準(zhǔn)15計算機(jī)文檔編制規(guī)范2006 年版2006 年標(biāo)準(zhǔn) 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案2. 項目概述本項目是一號發(fā)射后和在軌運(yùn)行階段地中幾何輻射定標(biāo)進(jìn)行整體方案設(shè)計、方案設(shè)計、軟硬件部署以及其他非功能性設(shè)計等。2.1 項目來源本項目為中科遙感微小型SAR 新型星座“的建設(shè)?！耙惶枴表椖恐械淖禹椧惶枴表椖渴悄?，主要負(fù)責(zé)地中幾何輻射定標(biāo)市組織中科遙感()應(yīng)用創(chuàng)新，聯(lián)合航天

13、科技集團(tuán)、遙感與數(shù)字地球研究所、中科遙感科技集團(tuán)等，成立中科遙感，基于國防科工局先期支持的民用航天預(yù)先研究項目成果，提出的發(fā)展低成本微小型孔徑雷達(dá)(SAR)新型星座建設(shè)和商業(yè)化運(yùn)營方案。2.2 項目研制內(nèi)容根據(jù)任務(wù)需求，幾何輻射定標(biāo)2-1 所示。項目的研制內(nèi)容如表表 2-1 幾何輻射定標(biāo)研制內(nèi)容2.3 項目的目標(biāo)進(jìn)行地中幾何輻射定標(biāo)的建設(shè)，為一號發(fā)射后的在軌運(yùn)行階段地中的幾何輻射定標(biāo)提供穩(wěn)健的保障。2.4 項目周期本項目的系統(tǒng)建設(shè)截止日期為 2018 年發(fā)射前聯(lián)調(diào)測試完畢、具備隨時在軌測試狀態(tài)；在在軌的 3 年期間（預(yù)計期間）持續(xù)保障。3序號名稱內(nèi)容說明1定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)為定標(biāo)處理做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作2

14、定標(biāo)場管理子系統(tǒng)提供所需軌道、任務(wù)時間、姿態(tài)數(shù)據(jù)等，制定常態(tài)化定標(biāo)場調(diào)度方案3幾何定標(biāo)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)載荷的幾何定標(biāo)功能4輻射定標(biāo)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)載荷的輻射定標(biāo)功能 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案2.5 項目的意義和作用幾何輻射定標(biāo)作為一號地中的重要的組成部分，主要肩負(fù)幾何定標(biāo)、輻射定標(biāo)的任務(wù)，為應(yīng)用系統(tǒng)提度保證，是保障一號衛(wèi)星在各領(lǐng)域應(yīng)用和推廣的重要環(huán)節(jié)。3.3.1設(shè)計設(shè)計方案3.1.1概述幾何輻射定標(biāo)是離線，主要任務(wù)是在在軌運(yùn)行期間，定期對有效載荷的幾何參數(shù)、輻射參數(shù)進(jìn)行定標(biāo)，為數(shù)據(jù)預(yù)處理提確的幾何和輻射定標(biāo)參數(shù)。3.1.2設(shè)計原則幾何輻射定標(biāo)在建設(shè)過程中，將在充分理解用戶需求的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵循如下 6 項基

15、本原則：（1） 開放性和先進(jìn)性原則；（2） 標(biāo)準(zhǔn)化原則；（3） 可伸縮、易擴(kuò)展、易維護(hù)原則；（4）可靠性和性原則；（5） 實(shí)用性和易操作原則；（6） 安全性原則。并基于如下指導(dǎo)思想，建立一個技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行、可擴(kuò)展的業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)。3.1.33.1.3.1 幾何定標(biāo)技術(shù)SAR 信號的發(fā)射和接收都是在時間尺度上完成的，主要快時間（距離慢時間（方位向）。這二維的時間誤差主要影響 SAR 影像在距離方位向的幾何定位誤差，是SAR 幾何定位的主要誤差源。由此，構(gòu)建SAR幾何定標(biāo)模型：4 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案x -1ì= (t f 0 + tdelay + Dt f ) +ït f)

16、+ 𝑥1𝑡 = (𝑡+ 𝑡+ 𝑡fï𝑓𝑓0𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦𝑓𝑓𝑠s(1)íïïîy -1) + 𝑦1𝑡 = (𝑡+ 𝑡= (ts0 + Dts ) +ts𝑠𝑠0𝑠𝑓𝑝

17、19903;𝑓f prft f、ts 分別為距離向的快時間和方位向的慢時間，t f 0 、ts 0 分別為式(1)中，距離向起始時間的測量值和方位向起始時間測量值， tdelay 為大氣傳播延遲時間，Dt f、 Dts時延誤差， fs 為采樣頻率，為脈沖重復(fù)頻率， x 、 y 為像f prf素坐標(biāo)。t '的方位向起始時間 s 0 是雷達(dá)信號的接收時刻，SAR是在持續(xù)中發(fā)射和接收雷達(dá)信號，等效的 SAR 成像時刻為雷達(dá)信號的發(fā)射時刻與接收時刻的中間時刻，故需進(jìn)行補(bǔ)償： 𝑁 +𝑡𝑠𝑎𝑚w

18、901;𝑙𝑒_𝑑𝑒𝑙𝑎𝑦𝑓𝑝𝑟𝑓𝑡= 𝑡(2)𝑠0𝑠02式(2)中， N 為雷達(dá)信號從發(fā)射到接收經(jīng)歷整周期的個數(shù)， tsample _ delay 為的采樣時間延遲。由公式可知，像素坐標(biāo)( x, y) 與(tf , ts ) 是一一對應(yīng)。（RD）模型為SAR 的嚴(yán)密成像幾何模型，構(gòu)建了地面目標(biāo)距離的物方坐標(biāo)與像方坐標(biāo)的，𝑅2 = (w

19、883; 𝑋𝑠)2 + (𝑌 𝑌𝑠)2 + (𝑍 𝑍𝑠)2𝑓𝐷 = 𝜆𝑅 (𝑅𝑠 𝑅𝑡) (𝑉𝑠 𝑉𝑡) 2(3) + 𝑥1) × 𝑐𝑅 = (𝑡+ 𝑡𝑓0𝑑

20、𝑒𝑙𝑎𝑦𝑓𝑠= XTVRYZ式(3)中，、s 為 SAR在 WGS84 下的軌道矢量數(shù)據(jù)，ssss= XZ TVfRYt、 t 為目標(biāo)點(diǎn)在 WGS84 下的位置矢量和速度矢量， D 為多普勒中心頻率， l 為雷達(dá)波長， R 為斜距， c 為光速。依據(jù)每行的成像時刻，可以內(nèi)插出該行的位置和速度矢量，以插值為例，公式如下：5 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案𝑃 (𝑡𝑗)×𝑛 (𝑡𝑡𝑖)

21、9894;=1 𝑖𝑗𝑃 (𝑡) = 𝑛𝑗=1𝑛(𝑡𝑗𝑡𝑖)𝑖=1𝑖𝑗(4)𝑉 (𝑡𝑗)×𝑛 (𝑡𝑡𝑖)𝑖=1 𝑖𝑗𝑉 (𝑡) = 𝑛𝑗=1&#

22、119899;(𝑡𝑗𝑡𝑖)𝑖=1𝑖𝑗式(4)中 P(ti ) 是位置,V (ti ) 是速度，ti 是位置和速度對應(yīng)的時間?？芍?，斜距 R 與快時間tf 是一一對應(yīng)；根據(jù)雷達(dá)信號的相位歷史可知，fD 與(tf ,與ts 是一一對應(yīng)，即高精度的中心頻率。因此，可建立起圖像上像點(diǎn)坐標(biāo)與地面坐標(biāo)的嚴(yán)密數(shù)學(xué)SAR 幾何定標(biāo)模型。3.1.3.2 輻射定標(biāo)技術(shù)（1）問題分析SAR 信號在整個發(fā)射傳播接收和處理的過程中受著各種誤差源的影響，這些誤差源使 SAR 系統(tǒng)傳輸特性不是一個量，而是相互關(guān)聯(lián)

23、的時間和空間的總傳遞函數(shù)，需要解決的關(guān)鍵問題有：（1）天線方向函數(shù)，為了精確測量圖的在軌測量；（2）絕對輻射定標(biāo)（2）解決途徑的準(zhǔn)確計算。1）天線的在軌測量SAR 在軌天線測量可以用標(biāo)準(zhǔn)反射器測量法、均勻分布目標(biāo)測量法或地面測量。標(biāo)準(zhǔn)反射器測量法標(biāo)準(zhǔn)反射器測量距離向雙程是將一系列經(jīng)過精確標(biāo)定的反射器沿著垂直于飛行的方向均勻放置于測繪帶內(nèi)，并且精確標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)反射器的地理位置及海拔高度，調(diào)整好各反射器的指向角。由于經(jīng)過成像處理后，圖像中的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)能量的大小反映了回波信號在距離向上受距離調(diào)制程度的大小，結(jié)合點(diǎn)目標(biāo)在距離中的角度位置，即可測得距離雙程。根據(jù) SAR 的成像雷達(dá)方程：𝑷&

24、#119957;𝒈𝟐𝑮𝟐(𝜽,𝝋)𝝀𝟑𝝉𝒑𝒇𝒔𝒇𝑷𝑹𝑭𝑮𝒔𝑷𝒊 =𝝈𝒊(5)𝟐(𝟒𝝅)𝟑𝑹 𝟑𝑽𝝆𝒊&#

25、119938;其中，𝑷𝒊是發(fā)射信號功率；𝑃𝑡是發(fā)射信號功率；𝑔是峰值天線增益，𝐺2(𝜃, 𝜑)為6 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案雙程天線，它是入射角𝜃和方位角𝜑的函數(shù)；𝐺𝑠增益；𝜆為發(fā)射信號波長；𝑅𝑖是孔徑雷達(dá)與目標(biāo)的斜距；𝜏𝑝為發(fā)射脈沖寬度；𝑓𝑠為距離向取樣頻率；𝑉為雷達(dá)平臺飛行速度

26、；𝑓𝑃𝑅𝐹 為脈沖重復(fù)頻率；𝜌𝑎為方位向分辨率；𝜎𝑖為第𝒊個目標(biāo)的雷達(dá)截面積。如果標(biāo)準(zhǔn)反射器放置于距離向近似同一直線上，則認(rèn)為雷達(dá)方程中一些與方位有關(guān)的變化參數(shù)可認(rèn)為是，則有：𝟐𝑮 (𝜽)𝒊𝑷 = 𝑲𝝈(6)𝒊𝟑𝒊𝑹𝒊2 3其中𝑲 = Ү

27、75;𝑡𝑔 𝜆 𝜏𝑝𝑓𝑠𝑓𝑃𝑅𝐹𝐺𝑠為，可距離雙程天線采樣值為：2(4𝜋)3𝑉𝜌𝑎𝟑𝑷 𝑹(7)𝟐𝒊 𝒊𝑮 (𝜽 ) =𝝈𝒊𝒊𝑲

28、0648;𝒊分布目標(biāo)法測量法分布目標(biāo)法測量距離雙程是對具有均勻后向散射系數(shù)的分布目標(biāo)，如熱，進(jìn)行成像處理后，圖像距離向灰度值的大小反映了回波信號在距離向上受調(diào)制程度的大小，結(jié)合圖像不同區(qū)域在距離中的角度位置，即可測得距離雙程天線。對于均勻分布目標(biāo)，根據(jù)雷達(dá)方程：P g 2G 2 (q ,j)l3r t f fGtr p S PRFS s 0P =(8)d2(4p )3 R3V sin q其中，P 是接收信號功率；𝑃是發(fā)射信號功率；g 是峰值天線增益，G 2 (q ,j)Pd𝑡t，它是入射角q 和方位角j 的函數(shù)；𝐺𝑠

29、; GS𝐺2(𝜃, 𝜑)為雙程天線增益；l 為發(fā)射信號波長；R 是孔徑雷達(dá)與目標(biāo)的斜距；t p 為發(fā)射脈沖寬度；fS 為距離向取樣頻率；V 為雷達(dá)平臺飛行速度；𝑓𝑃𝑅𝐹 fPRF 為脈沖重復(fù)頻率；rr 為距離向分辨率；s 0 為目標(biāo)的后向散射系數(shù)。利用內(nèi)定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的校正并歸一化后，則有：G2 (j)= KsR3 sin q0Pd(9)可以從分布目標(biāo)圖像測量距離向相對天線7數(shù)學(xué)模型為： 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案P R3 sin qG (j) = d2(10)Ks 0其中， G2 (

30、j) 為隨視角j 變化的距離向雙程天線。2）絕對輻射定標(biāo)的準(zhǔn)確計算根據(jù)雷達(dá)基本方程和 SAR 成像原理，如果圖像象素功率對應(yīng)信號的平均輸出功率，則 SAR 圖像的象素功率為：點(diǎn)目標(biāo)的平均輸出功率：Pg 2G2 (q ,j)l3t f fGp s PRF s sP =t(11)2(4p )3 R3Vrpa分布目標(biāo)的平均輸出功率：Pg 2G2 (q ,j)l3t r f fGs s 0P =tp r s PRF(12)p2(4p )3 R3V sin qq ,j)2PG (其中， 是發(fā)射信號功率；𝐺 (𝜃, 𝜑)為雙程天線，它是入射角2tq 和方位角

31、j 的函數(shù)；Gs增益； l 為發(fā)射信號波長； R 是孔徑雷達(dá)與目標(biāo)的斜距；t p 為發(fā)射脈沖寬度； fs 為距離向取樣頻率；V 為雷達(dá)平臺飛行速度； fPRF 為脈沖重復(fù)頻率； ra 、 rr 分別為方位目標(biāo)的雷達(dá)截面積；s 0 為目標(biāo)的后向散射系數(shù)。令：距離向分辨率； s 為Pg 2G2 (q ,j)l3t r f fGK (r) =tp r s PRF s(13)2(4p )3 R3V sin q則：P = K (r)s 0(14)dP = K (r) sin q s(15)dr rr a對于成像雷達(dá)，主要是測量分布目標(biāo)的散射系數(shù)s 0 。K (r) 中所有變化的參數(shù)要實(shí)際監(jiān)測，并進(jìn)行校正

32、處理。將 K (r) 歸一化到一組雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)為K = 𝐾(𝑟0) K = K (r0 ) ，則有：8 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案= K é K (r) ùê K (r ) ús0P(16)dë0 ûK (r) / K (r0 ) 的的處理即為歸一化校正處理，即相對定標(biāo)。 K 中所有參數(shù)都要實(shí)際測量，依據(jù)其誤差大小和對定標(biāo)精度影響的程度將采用不同的技術(shù)來測量。q ,j)2， R ，q 和 ，而其它參數(shù)可認(rèn)為是常量。PG (G主要監(jiān)測的參數(shù)是 ，tsK 為絕對定標(biāo)，通過定標(biāo)場布置己知雷達(dá)截面積為s ref

33、 的標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)目標(biāo)來測定有：sin qs refPd = K(r)(17)r rrefr a由于點(diǎn)目標(biāo)能量為：e p = Pp (r)ra rr(18)則：e p = Kref (r) sin qsref(19)進(jìn)行歸一化校正處理后：é K(r) ùe = Ksin qsrefpêú(20)refK (r )ë0û得定標(biāo)公式如下：K (dB) = e (dB) - s(dB) +10 logéùK (r 0)ê K(r) sin q ú(21)prefëûref采用積分法提取

34、標(biāo)準(zhǔn)參考點(diǎn)目標(biāo)的脈沖響應(yīng)能量。積分通過對脈沖響應(yīng)在特定區(qū)域進(jìn)行積分獲得點(diǎn)目標(biāo)能量。積分法不需要已知點(diǎn)目標(biāo)脈沖響應(yīng)的精確，而且算法誤差的聚焦性、成像處理器的部分相干性等因素?zé)o關(guān)，標(biāo)如圖 3-1 所示：準(zhǔn)的積分區(qū)域結(jié)構(gòu)和9 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案圖 3-1 點(diǎn)目標(biāo)能量積分區(qū)域與背景區(qū)圖中的 P 代表一個象素大小。其中 1 區(qū)為主瓣區(qū)域，2 區(qū)和 3 區(qū)為方位向旁瓣區(qū)域，4 區(qū)和 5 區(qū)為距離向旁瓣區(qū)域。設(shè)點(diǎn)目標(biāo)能量積分區(qū)域?yàn)?A，其象素數(shù)為 NA ，背景區(qū)域?yàn)?B，其象素數(shù)為 NB ，象素間隔為dr 和d a ，則點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)能量為：NNpååNe = (DN -d d22AAB

35、DN )(22)iir aiÎAiÎBNB為了去除離散數(shù)據(jù)對能量積分的影響，在能量計算前對矩形積分窗口圖像用FFT 插值進(jìn)行插值，插值倍數(shù)為 8。在地面布設(shè) N 個定標(biāo)器，e pi 為第𝑖 i 個點(diǎn)目標(biāo)的能量，s ref 是定標(biāo)器的雷達(dá)截面積，qi 第𝑖 i 個點(diǎn)目標(biāo)的本地入射角，則第i 個目標(biāo)計算的定標(biāo)為：e piKi = s(23)sin qrefii以各定標(biāo)器對應(yīng)測量值的平均值作為最終的定標(biāo)測量結(jié)果來提高定標(biāo)測量的精度，即定標(biāo)：1NåiK =K(24)Ni =13.1.4結(jié)構(gòu)幾何輻射定標(biāo)主要定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)、定標(biāo)場管理子系統(tǒng)、幾何定

36、標(biāo)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)四個子系統(tǒng)，如圖 3-2 所示。10 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案幾何輻射定標(biāo)定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 子系統(tǒng)定標(biāo)場管理 子系統(tǒng)幾何定標(biāo) 子系統(tǒng)輻射定標(biāo) 子系統(tǒng)外部輔助數(shù)據(jù)管理模塊定標(biāo)場數(shù)據(jù)管理模塊大氣傳播延遲改正模塊幾何定標(biāo)參數(shù)解算模塊幾何定標(biāo)精度評價模塊天線方向圖測量模塊輻射定標(biāo)精度評價模塊定標(biāo)場調(diào)度模塊定標(biāo)定標(biāo)精度檢驗(yàn)?zāi)K數(shù)據(jù)管理模塊點(diǎn)提取模塊測量模塊圖3-2 幾何輻射定標(biāo)2 個模塊，分別是組成圖數(shù)據(jù)管理模塊、外部輔助數(shù)定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)據(jù)管理模塊；定標(biāo)場管理子系統(tǒng)2 個模塊，分別是定標(biāo)場調(diào)度模塊、定標(biāo)場數(shù)據(jù)管理模塊；幾何定4 個模塊，分別是點(diǎn)提取模塊、大氣傳播延遲改正模塊

37、、幾何定標(biāo)參數(shù)解算模塊和定標(biāo)精度評價模塊；輻射定4 個模塊，分別是天線測量模塊、定標(biāo)測量模塊、定標(biāo)精度檢驗(yàn)?zāi)K和輻射校正模塊。定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備模塊數(shù)據(jù)管理功能和外部輔助數(shù)據(jù)管理功能；定標(biāo)場管理模塊定標(biāo)場調(diào)度功能和定標(biāo)場數(shù)據(jù)管理功能；幾何定標(biāo)功能點(diǎn)提取功能、大氣傳播延遲改正功能、幾何定標(biāo)參數(shù)解算功能和定標(biāo)精度評價功能；輻射定標(biāo)天線測量功能、定標(biāo)測量功能、定標(biāo)精度檢驗(yàn)功能和輻射校正功能。質(zhì)檢子系統(tǒng)主要任務(wù)是在在運(yùn)行期間，對 SLC 級的質(zhì)量進(jìn)行檢測，保障數(shù)據(jù)的高質(zhì)量入庫，并對 SAR系統(tǒng)進(jìn)行定期監(jiān)測。質(zhì)檢子系統(tǒng)軌道質(zhì)檢模塊，0 級質(zhì)檢模塊，編目質(zhì)檢模塊，SLC 產(chǎn)品質(zhì)檢模塊共四個模塊。其中，軌道質(zhì)檢模

38、塊軌道重復(fù)性檢驗(yàn)功能和軌道內(nèi)符合精度統(tǒng)計功能；0 級質(zhì)檢模塊回波數(shù)據(jù)檢查功能、輔助數(shù)據(jù)檢查功能、實(shí)時軌道數(shù)據(jù)檢查功能；編目質(zhì)檢模塊編目分景檢查功能、元數(shù)據(jù)檢查功能、瀏覽圖與拇指圖檢查功能；SLC質(zhì)檢模塊圖像質(zhì)量檢查功能、元數(shù)據(jù)檢查功能、瀏覽圖與拇指圖檢查功能11質(zhì)量檢查功能、一號地建設(shè)項目實(shí)施方案RPC 模型參數(shù)文件檢查功能、質(zhì)量評價功能。內(nèi)部調(diào)度子系統(tǒng)由任務(wù)接收模塊、任務(wù)分配模塊、調(diào)度模塊、執(zhí)行體驅(qū)動模塊、系統(tǒng)性能監(jiān)視模塊組成。任務(wù)接收模塊用于接收從其他系統(tǒng)傳遞過來的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，并啟動調(diào)度；任務(wù)分配模塊負(fù)責(zé)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，選擇和協(xié)調(diào)執(zhí)行體資源，進(jìn)行任務(wù)分配；調(diào)度模塊通過不同調(diào)度執(zhí)行體服務(wù)

39、上地面處理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，選擇資源空閑的機(jī)器執(zhí)行任務(wù)；執(zhí)行體驅(qū)動模塊負(fù)責(zé)啟動執(zhí)行體主機(jī)，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)；系統(tǒng)性能監(jiān)視模塊負(fù)責(zé)對執(zhí)行體主機(jī)的性能進(jìn)行監(jiān)視，并向調(diào)度模塊進(jìn)行反饋。3.1.5接口3.1.5.1硬件接口無。3.1.5.2幾何輻射定標(biāo)接口為離線，與外部接口主要是數(shù)據(jù)交互，如錯誤!未找到源。和錯誤!未找到源。所示。幾何輻射定標(biāo)預(yù)處理圖 3-3 幾何輻射定標(biāo)外部接口圖表 3-1 幾何輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)12輻射定標(biāo)參數(shù)幾何定標(biāo)參數(shù)SLC數(shù)據(jù)精密軌道數(shù)據(jù)輸入/輸出參數(shù)描述輸入精密軌道數(shù)據(jù)SLC數(shù)據(jù)當(dāng)用于輻射定標(biāo)時，成像時無需進(jìn)行天線校正處理。 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案3.1.6工作流程幾何輻射定標(biāo)處理

40、流程如錯誤!未找到源。所示。幾何輻射定標(biāo)進(jìn)行在軌/飛行載荷測試時，定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)預(yù)處理輸出的SLC數(shù)據(jù)、精密軌道數(shù)據(jù)、大氣環(huán)境數(shù)據(jù)和參考 DEM 數(shù)據(jù)拷貝至指定路徑；定標(biāo)場管理子系統(tǒng)提供常態(tài)化定標(biāo)場調(diào)度方案，獲得地面定標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理；幾何定和輻射定對定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)處理，得到載荷的幾何定標(biāo)參數(shù)、輻射定標(biāo)參數(shù)，配置在預(yù)處理，品生產(chǎn)使用。定標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理SLC數(shù)據(jù)精密軌道數(shù)據(jù)定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)大氣環(huán)境數(shù)據(jù)（NCEP、CODE）幾何定標(biāo)參數(shù)參考DEM數(shù)據(jù)輻射定標(biāo)參數(shù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)定標(biāo)場管理子系統(tǒng)圖 3-4 幾何輻射定標(biāo)軟硬件環(huán)境處理流程圖3.1.7服務(wù)器 3 臺，其中 1 臺：主頻 3.0G 及以上 CPU，8

41、G 內(nèi)存，1T 硬盤空間(不含數(shù)據(jù)空間)， 網(wǎng)絡(luò)連接；2 臺：主頻 3.0G 及以上 CPU；8G 內(nèi)存；2TG 硬盤空間(不含數(shù)據(jù)空間)， 網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)絡(luò)1 臺，實(shí)時數(shù)據(jù)處理單元，容量不小于 20T，支持網(wǎng)絡(luò)連接；1 臺輸出結(jié)果單元，容量不小于 20T，支持網(wǎng)絡(luò)連接。在線環(huán)境：CentOS 7/Ubuntu 12.04 LTS or higher；離線環(huán)境：windows 10。3.1.8功能指標(biāo)（1）定標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)：根據(jù)載荷定標(biāo)計劃，生成定標(biāo)所需數(shù)據(jù)，13定標(biāo)處理輻射定幾何定輸出幾何定標(biāo)參數(shù)輻射定標(biāo)參數(shù)天線和定標(biāo) 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案輸出的 SLC數(shù)據(jù)、精密軌道數(shù)據(jù)、大氣環(huán)境數(shù)據(jù)和參考 DE

42、M將預(yù)處理數(shù)據(jù)拷貝至指定路徑，為定標(biāo)處理做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。（2）定標(biāo)場地管理子系統(tǒng)：主要依據(jù)指定試驗(yàn)方案，為調(diào)度常態(tài)化定標(biāo)（自動角反射器和有源定標(biāo)器）提供所需軌道、任務(wù)時間、姿態(tài)數(shù)據(jù)等，制定常態(tài)化定標(biāo)場調(diào)度方案，管理獲取定標(biāo)處理所需的角反射器坐標(biāo)數(shù)據(jù)、有源定標(biāo)器參數(shù)和接收的數(shù)據(jù)等，為定標(biāo)處理做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。（3）幾何定：實(shí)現(xiàn)載荷的幾何定標(biāo)功能，獲取載荷精確的幾何定標(biāo)參數(shù)，對幾何定標(biāo)精度進(jìn)行評價，并生成幾何定標(biāo)報告。（4）輻射定：實(shí)現(xiàn)載荷的相對輻射定標(biāo)和絕對輻射定標(biāo)功能，獲取載荷精確的輻射定標(biāo)參數(shù)，對輻射定標(biāo)精度進(jìn)行評價，并生成輻射定標(biāo)報告。3.1.9性能指標(biāo)幾何輻射定標(biāo)的主要指標(biāo)如下：（1）

43、 幾何定標(biāo)1） 斜距標(biāo)定精度：優(yōu)于 0.7m2） 大氣傳播延遲改正精度：優(yōu)于 0.2m（2） 輻射定標(biāo)1） 相對輻射定標(biāo)精度：優(yōu)于 1.5dB（3）2） 絕對輻射定標(biāo)精度：優(yōu)于 2.0dB（3）3.1.10 主要指標(biāo)分析3.1.10.1 斜距定標(biāo)指標(biāo)SAR 信號的發(fā)射和接收都是在時間尺度上完成的，主要快時間（距離向）和慢時間（方位向）。這二維的時間誤差主要影響 SAR 影像在距離方位向的幾何定位誤差，是SAR 幾何定位的主要誤差源。根據(jù)既定指標(biāo)要求，斜距、斜距標(biāo)定以及方位向精度如下：表 3-2 斜距標(biāo)定精度14誤差項目誤差取值（1）引起的斜距誤差（1）位置誤差0.05 m0.05mSAR 系統(tǒng)

44、時延隨機(jī)誤差3.3 ns0.49 mSAR 天線色散0.1 m0.1 m 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案3.1.10.2 輻射內(nèi)定標(biāo)指標(biāo)孔徑雷達(dá) (SAR)的內(nèi)定標(biāo)主要用于測量和接收增益的相對變化 ,也可用于監(jiān)測 TR 組件的失效情況和定性分析天線性能。要提高測量精度需保障內(nèi)定標(biāo)盡可能小的溫度變化特性及期內(nèi)小的性能變化。內(nèi)定標(biāo)測量在整個工作期內(nèi)進(jìn)行，主要采用系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器對、接收性能、TR 組件相對幅相誤差、內(nèi)部環(huán)境溫度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)量，監(jiān)測 SAR 系統(tǒng)總增益的改變量?？紤]開關(guān)各通路內(nèi)阻和電平匹配網(wǎng)絡(luò)組成電路的損耗，經(jīng)合理設(shè)計后，需定標(biāo)測量的 SAR 收發(fā)通路響應(yīng)函數(shù)將隨開機(jī)后的工作時間和環(huán)境變化達(dá)

45、到相對。器件扣除內(nèi)定標(biāo)器自身引入誤差，得到的內(nèi)定標(biāo)精度可達(dá)到 1.0dB（3）。3.1.10.3 相對輻射定標(biāo)指標(biāo)相對定標(biāo)的目的是進(jìn)行歸一化，為不同時間、不同地區(qū)的目標(biāo)相互比較和匹配，實(shí)現(xiàn)對全球目標(biāo)長期的觀測和動態(tài)檢測提供了可能。相對輻射定標(biāo)精度主要受內(nèi)定標(biāo)精度和天線精度的影響，在定標(biāo)過程中其誤差源是非相關(guān)的。系統(tǒng)內(nèi)定標(biāo)精度能夠滿足 1.0dB（3）。國際上不同SAR 系統(tǒng)采用上述幾種測量在天線定標(biāo)精度方面的比較歸納為下表。表 3-3 測量精度比較SAR達(dá)到的測量精度(dB)1采用的測量1.00.30.5標(biāo)準(zhǔn)角反射器法SIR-B熱地面法法地面熱法法0.50.3ERS-1地面熱法法0.30.3S

46、IR-C地面熱法法0.30.5RADARSAT-1ASAR0.3地面法15角反射器布設(shè)誤差0.2 m0.2 m大氣模型0.4 m0.4 m單次標(biāo)定斜距標(biāo)定誤差0.67 m 一號地建設(shè)項目實(shí)施方案熱法0.5地面熱法法0.20.20.2TerraSAR-X基于模型的綜合以上來看，天線定標(biāo)精度可以滿足 1.0dB（3）的精度要求，得到相對輻射定標(biāo)精度優(yōu)于 1.5dB（3）。3.1.10.4 絕對輻射定標(biāo)指標(biāo)絕對輻度是指通過圖像的一個或一組像素估計歸一化后向散射系數(shù)的精度。SAR 的絕對輻射定標(biāo)采用標(biāo)準(zhǔn)角反射器和有源定標(biāo)器來完成。標(biāo)準(zhǔn)角反射器的典型指標(biāo)是表明不規(guī)則性的均方根變化小于 0.1，平面曲度應(yīng)

47、小于0.2，每個平板軸的較直優(yōu)于 0.2°，指向小于 10°。即使這樣的指標(biāo)要求也會給雷達(dá)截面積帶來誤差，具體的影響程度如表 3 所示。-0.1dB 的意思是損失0.1dB，而±0.2dB 意思是0.2dB 的不確定性。另外，背景后向散射影響和多徑問題的不確定性都會造成附加的定標(biāo)誤差。從影響程度看，反射器本身的準(zhǔn)確性在 0.5dB 量級，背景差異的影響程度在 0.4dB 量級，因此，利用它進(jìn)行輻射定標(biāo)的準(zhǔn)確性大約在 0.9dB 量級。因此，利用角反射器進(jìn)行 SAR 輻射定標(biāo)的理論設(shè)計精度通常限定在 3dB（3），角反射器進(jìn)行絕對定標(biāo)難以滿足考慮到相對輻射定標(biāo) 1.5dB（3）的精度，用一號絕對輻射定標(biāo)精度 2.0 dB（3）的指標(biāo)要求。表 3-4 反射器 RCS 的影響因素和程度有源定標(biāo)器的影響因素有天線指向、天線增益不、單元熱性、脈沖畸變、雜波、多徑效應(yīng)和距離測量等，它們的影響程度如表 5 所示。從影響16影響因素影響程度（dB）表面不規(guī)則性，0.1-0.1平面曲度，0.2-0.1平板軸正交性，0.2°-0.1指向，10°±0.2背景差異（20dB）±0.4多徑問題不確