机载合成孔径雷达干涉敏感度分析[1]

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1、彭海良等：机载合成孔径雷达干涉敏感度分析机载合成孔径雷达干涉敏感度分析!彭海良"王彦平（中国科学院电子学研究所北京!"""#"）摘要采用视向量正交分解方法，在斜视干涉几何关系下，导出了机载干涉$%&目标三维高程重建的解析解，推导了干涉敏感度方程，并进行了详尽的敏感度分析。结果表明，利用导出的敏感度方程可以考察载机姿态测量偏差对干涉三维重建和多普勒频率估计的影响，弥补了目前敏感度分析的不足。关键词敏感度分析，机载干涉合成孔径雷达，斜视干涉模型，高程重建在向量表述的斜视干涉几何关系下，采用球面波模"引言型而放弃平面波

2、模型，推导了敏感度方程，并进行了详尽的敏感度分析。在干涉$%&数据获取过程中，数据获取参数和名义参数之间往往存在偏差，这种偏差将直接影响!机载干涉$%&敏感度方程推导’()的精度。应用敏感度方程可以对这种影响进行定量分析，并在干涉$%&系统设计中对关键参数机载双天线干涉$%&的典型几何关系如图!进行优化设计，在定标中对关键参数进行校正，以提［!3］!!!所示。在几何关系描述中，引入全局坐标系"#$高生成’()的精度。敏感度方程已成为干涉$%&!和天线坐标系%!"!&!，分别如图（!>）和图（!?）所示，"系统优化

3、设计和干涉定标的重要工具。&*+,-./01!!!!为载机飞行方向，$为高程向，#与"、$构成右手等［!］给出了正侧视几何关系下的干涉敏感度方程，系；标准正交基%!"!&!参见文献［!9］。方程推导中同时采用了地球表面的平地模型和电磁波波前的平面波模型，稍后报道的文献中所应用的敏感度方程通常都引用这一结论［2，3］。平地模型在敏感度分析、干涉$%&系统设计和地形三维重建中引入的误差已引起了人们的关注，4-56-78*7［9］和［:］在敏感度分析中，引入地心笛卡儿坐标&*807等系，用向量描述干涉几何关系，但仍局限

4、于正侧视的干涉几何关系，依然采用了平面波模型。目前，国内在干涉研究中采用的敏感度方程均直接引用了国外的相关结论［;<=］，而国外的敏感度方程仍局限于正侧视的干涉几何关系［!"，!!］。综上，目前的敏感度分析存在两方面的不足：一是方程推导图!机载干涉$%&几何关系中采用了电磁波波前的平面波模型；二是局限于正侧视的干涉几何根据干涉$%&基本原理，目标的三维位置由联关系。文献［!2］的研究结果表明，立方程组（!）@（3）的解给出。平面波模型在敏感度分析和三维高’!(!")!"#!)!!（!）程重建中引入了较大的误差。本

5、文!$%&’(2"))!!，"*（2）!#;3计划（2""!%%!32"!"）资助项目。"男，!=3=年生，研究员；研究方向：微波遥感；联系人。（收稿日期：2""3<":

6、）"&"")!!&!""’""!!"&$("9#!9#!#"):!（""）求解方程（"）中目标位置向量&关于干涉相位!、基"))+,(%"!1"!"!)!"")线向量"、斜距#"和天线位置向量’"以及波长的"&$#:.$#:!（"!）"%"!%，%"偏导数，可以得到干涉敏感度方程。)")"&##"#!!+!三维高程重建的解析方程推导$8("9!""#):!（"#）"!!"")+,(%""根据图（"’），目标位置&表示为："&!%"%$#":&!’"(#""/!!-é+,(!%!+,(%(3+%8+,(%()*%4

7、5%ù!’"(#［"()*$!()*%&()*$&+,(%］!08+,(%/0/0êú!!）（%）ê()*$（!+,(%08+,(%+,(%/(3+%08+,(%()*%/45%0ú8ê!!ú根据（%）式，建立三维重建解析解的关键是将视ê!()*%8()*$úë7û角%和斜视角表示为干涉相位和干涉参数的函$（"&）数。记!%"为全局坐标系中的单位视向量，!%",-.为天"&线坐标系中的单位视向量，将!%",-.在正交基(%、"!、)%$#":"%0上正交分解；然后利用对应于载机姿态角（侧滚角!é+,(%45%（0

8、"8()*%/(3+%0）!ù9+,(%+,(%/()*%0%#、偏航角%/和俯仰角%0）的欧拉旋转矩阵*&+实ê+,(!!ú!%08+,(%êú现单位视向量从天线坐标系到全局坐标系的变换，ê（+,(!!!!ú%45%08()*$+,(%+,(%/()*%0）!+,(%08+,(%8于是，根据视角和斜视角的定义有：ê+,(!%45%ú（0"8()*%/(3+%0）()*$