[发明专利]星载合成孔径雷达海洋场景观测雷达增益设置方法及系统

说明书

本发明提供了星载合成孔径雷达海洋场景观测雷达增益设置方法及系统，包括：从海面风场预报产品中获取卫星拟观测区域的海域海面风场预报数据，并对所述海域海面风场预报数据进行处理，得到处理后的海面风场预报数据；将所述处理后的海面风场预报数据以及雷达系统参数作为地球物理模式函数的输入，反演星载SAR观测时刻海面后向散射系数；基于星载SAR观测时刻海面后向散射系数和处理后的海面风场预报数据结合手动增益控制参数计算式计算手动增益控制参数，本技术方案解决了现有技术中由于人工设置雷达增益参数不当导致的海洋场景有效观测数据占比不高的问题。

技术领域

本发明涉及微波遥感领域，具体涉及星载合成孔径雷达海洋场景观测雷达增益设置方法及系统。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动微波成像雷达。雷达增益是雷达重要的工作参数SAR对地观测时，SAR接收的回波信号幅度变化大，其动态范围大于模数转换器(Analog to Digital Converter,ADC)的动态范围。实际观测时，需要根据地物回波信号功率设置合理的雷达增益，以保证雷达回波信号强度处于ADC动态范围内。雷达增益设置不当，会导致观测数据无效。例如，雷达增益设置过低，会导致回波数据淹没在接收机噪声中，造成信号丢失；而雷达增益设置过高，会导致接收的回波数据饱和。

雷达增益控制按控制方式分为自动增益控制(Auto Gain Control，AGC)与手动增益控制(Manual Gain Control，MGC)两种。AGC是广泛应用于通信、雷达、电子对抗、广播电视领域接收信号处理中一种提高接收机输入动态范围的方法。AGC把已检波的电压反馈到级联的可变增益级的增益控制输入端，对接收端增益进行调整，使接收机的动态范围与ADC动态范围相匹配。但是对于SAR海洋定量化应用场景，AGC随着海面回波强度自动调整，即AGC变化会在SAR观测数据中引入幅度调制。在SAR数据辐射校正处理过程中，消除AGC引入的幅度调制较为复杂，因此目前国内外SAR卫星观测普遍采用MGC方法。

MGC是另一种普遍采用的雷达增益控制方式。该方法基于观测场景的先验知识，在SAR载荷观测时设定固定雷达增益。对于SAR陆地场景观测MGC相对简单。裸地、建筑物等观测场景后向散射变化很小，可以根据地物场景先验知识设定固定雷达增益参数；对于植被覆盖区域，可以根据植被后向散射系数随季节变化情况，相应设定雷达增益。对于海洋场景观测，MGC可以有效消除AGC在观测数据中引入的幅度调制问题。

但是MGC目前用于海洋场景观测目前仍存在以下问题：海洋是时变的、动态的水体。海面存在由随时间变化的风、浪、流等因素引起的复杂运动。这些复杂运动引起海面粗糙度变化，进而影响海面后向散射强度。对于SAR海洋场景观测，MGC设置需要根据观测海域海面后向散射强度变化设置。而目前SAR海洋观测，MGC主要由人工凭借经验设置，导致SAR观测数据中有效数据占比不高。

以高分三号卫星为例，卫星海洋观测增益控制采用的是MGC方式，并且目前MGC主要凭借人工经验，也存在由于MGC设置不当影响卫星观测的问题。以陆地场景(海洋场景饱和图像可视特征不如陆地场景图像明显)显示MGC参数设置不当对图像的影响，如图1所示。图1a为由于MGC设置不当导致数据饱和的图像，图1b为设置合适MGC参数时获取的图像。

发明内容

为解决现有技术中存在的目前SAR海洋观测，MGC主要由人工凭借经验设置，导致SAR观测数据中有效数据占比不高，本发明提供了一种星载合成孔径雷达海洋场景观测雷达增益设置方法，包括：

从海面风场预报产品中获取卫星拟观测区域的海域海面风场预报数据，并对所述海域海面风场预报数据进行处理，得到处理后的海面风场预报数据；

将所述处理后的海面风场预报数据和雷达系统参数作为地球物理模式函数的输入，反演星载SAR观测时刻海面后向散射系数；