一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统

摘要

本发明涉及一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统，该方法包括：根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定参考目标每个像素点的雷达视角；接着对解缠相位随雷达视角的空间变化关系进行多项式拟合；然后分别确定解缠相位和斜距对雷达视角的敏感性；再确定基线长度和基线倾角；最后确定干涉相位偏置。该系统包括：雷达视角计算模块、拟合系数计算模块、敏感性计算模块、确定干涉基线模块和确定干涉相位偏置模块。本发明通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置三个参数的完整估计。

权利要求

1.一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法，其特征在于,该干涉定标方法包括：S1，根据参考目标的高度信息和天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角；

所述S1中确定所述雷达视角θ的计算公式包括：

其中，Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距，Re为参考目标所在位置的参考椭球半径，h是参考目标的高度信息；

S2，利用多项式拟合模型确定所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角的空间变化关系，并根据所述参考目标的解缠相位和所述空间变化关系，利用最小二乘算法确定多项式拟合系数；

所述S2中包括：

S21，利用多项式拟合模型描述所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系，其描述公式为：其中φunw(θ)为所述解缠相位， 为所述解缠相位随雷达视角θ的空间变化的多项式拟合模型，pi,i＝0,1,2,...,N为所述模型的(N+1)个多项式拟合系数；

S22，选取M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位；

S23，根据M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位和所述空间变化关系，计算所述多项式拟合系数，其中多项式拟合系数的计算公式为：其中，φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行；

S3，根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

S4，根据所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度和基线倾角；

所述步骤S4中具体包括：

S41，根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

S42，根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出所述准确的基线长度B和所述基线倾角α；

S5，根据所述准确的基线长度和基线倾角，确定干涉相位偏置的估计值。

2.根据权利要求1所述的干涉定标方法，其特征在于，所述S3中包括：根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，其中所述雷达视角θ的敏感性具体计算公式为：其中 是所述解缠相位对所述雷达视角的偏导，即为所述敏感性，pi,i＝1,2,...,N为所述模型的N个多项式拟合系数；

根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性，其中所述斜距对所述雷达视角的敏感性具体计算公式为：其中， 为求偏导计算符号，表示计算 对所

述雷达视角θ的偏导，即所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性。

3.根据权利要求1所述的干涉定标方法，其特征在于，所述步骤S5中，其包括：S51，根据所述准确的基线长度B和基线倾角α,分别计算与M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位对应的M个干涉相位偏置的估计值；

S52，求取M个干涉相位偏置的估计值的平均值，得到所述干涉相位偏置的估计值φ0，其中所述干涉相位偏置的估计值φ0的计算公式为：其中Bx、By分别为所述准确的基线长度B的水平分量和垂直分量，λ为所述天基干涉成像雷达高度计的载波波长。

4.一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标系统，其特征在于,该干涉定标系统包括：雷达视角计算模块、拟合系数计算模块、敏感性计算模块、确定干涉基线模块、确定干涉相位偏置模块；

所述雷达视角计算模块，用于根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；

所述雷达视角计算模块具体用于根据以下公式确定所述雷达视角θ：其中Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距，Re为参考目标所在位置的参考椭球半径，h是参考目标的高度信息；

所述拟合系数计算模块，用于对所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；

所述拟合系数计算模块具体用于根据以下公式确定所述多项式拟合系数：其中φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行；

所述敏感性计算模块，用于根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

所述确定干涉基线模块，用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度B和基线倾角α；

所述确定干涉基线模块，其具体用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接估计所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

以及用于根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出所述准确的基线长度B和所述基线倾角α；

所述确定干涉相位偏置模块，用于根据所述准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

说明书

一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于干涉成像雷达高度计的干涉定标领域，尤其涉及一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统。

背景技术

[0002] 近年来发展的一种新型雷达高度计，即天基干涉成像雷达高度计，能获得大面积范围的海面平均高度值，空间分辨率在100米量级，观测刈幅在50 公里至100公里量级，相比传统星下点雷达高度计，其在空间分辨率和时间分辨率上都得到了巨大提升。但是要应用该技术，精确的干涉定标是必不可少的关键步骤。干涉定标实现在轨精确测量天基干涉成像雷达高度计的干涉参数，包括基线长度、基线倾角和干涉相位偏置等。作为实现全球观测的、搭载在卫星或航天飞行器上的天基干涉系统，基于自然分布目标开展干涉定标是一种可行的方法。虽然也采用干涉合成孔径雷达技术，但天基干涉成像雷达高度计入射角小于8°，观测海洋的同时还需兼顾陆地，这种入射角极小的观测条件和海洋陆地兼顾的观测模式已完全不同于已有的只观测陆地的天基干涉合成孔径雷达。现有技术方案都是参照飞行高度非常有限(一般在十公里左右)的机载干涉系统，建立在平坦地面假设下，没有考虑地球曲率的影响，对于飞行高度在几百公里且观测范围在几十公里量级的天基系统则不适用；

[0003] 另外，现有技术方案还需要准确估计干涉相位频谱的频率区间，在干涉相位条纹比较密集且空间分布均匀的情况下是适用的，比如传统干涉合成孔径雷达，但在干涉相位特别稀疏且空间变化特别大的条件下则失效，比如干涉成像雷达高度计；

[0004] 其次，虽然实现了基线长度和基线倾角的估计，但是，还没有同时实现干涉相位偏置的估计，事实上，干涉基线和干涉相位偏置相互之间存在耦合，同时估计这些参数极容易导致“病态解”或者迭代算法无法收敛。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是：现有技术方案中没有考虑地球曲率的影响，由于估计参数时容易导致“病态解”或者迭代算法无法收敛，不能实现干涉相位偏置的估计。

[0006] 为解决上面的技术问题，本发明提供了一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法，该干涉定标方法包括：

[0007] S1，根据参考目标的高度信息和天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角；

[0008] S2，利用多项式拟合模型确定所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角的空间变化关系，并根据所述参考目标的解缠相位和所述空间变化关系，利用最小二乘算法确定多项式拟合系数；

[0009] S3，根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

[0010] S4，根据所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度和基线倾角；

[0011] S5，根据所述准确的基线长度和基线倾角，确定干涉相位偏置的估计值。

[0012] 本发明的有益效果：通过上述的方法，确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确，另外通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置的完整估计。

[0013] 进一步地，所述S1中确定所述雷达视角θ的计算公式包括：

[0014]

[0015] 其中，Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距， Re为参考目标所在位置的参考椭球半径，h是参考目标的高度信息。

[0016] 进一步地，所述S2中包括：

[0017] S21，利用多项式拟合模型描述所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系，其描述公式为：

[0018] 其中φunw(θ)为所述解缠相位， 为所述解缠相位随雷达视角θ的空间变化的多项式拟合模型，pi,i＝0,1,2,...,N为所述模型的(N+1)个多项式拟合系数；

[0019] S22，选取M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位；

[0020] S23，根据M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位和所述空间变化关系，计算所述多项式拟合系数，其中多项式拟合系数的计算公式为：

[0021]

[0022] 其中φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行。

[0023] 进一步地，所述S3中包括：

[0024] 根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，其中所述雷达视角θ的敏感性具体计算公式为：

[0025]

[0026] 其中 是所述解缠相位对所述雷达视角的偏导，即为所述敏感性， pi,i＝1,2,...,N为所述模型的N个多项式拟合系数；

[0027] 根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性，其中所述斜距对所述雷达视角的敏感性具体计算公式为：

[0028]

[0029] 其中， 为求偏导计算符号，表示计算对所述雷达视角θ的偏导，即所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性。

[0030] 进一步地，所述步骤S4中具体包括：

[0031] S41，根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

[0032] S42，根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出所述准确的基线长度B和所述基线倾角α。

[0033] 进一步地，所述步骤S5中，其包括：

[0034] S51，根据所述准确的基线长度B和基线倾角α，分别计算与M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位对应的M个干涉相位偏置的估计值；

[0035] S52，求取M个干涉相位偏置的估计值的平均值，得到所述干涉相位偏置的估计值φ0，其中所述干涉相位偏置的估计值φ0的计算公式为：

[0036]

[0037] 其中Bx、By分别为所述准确的基线长度B的水平分量和垂直分量，λ为所述天基干涉成像雷达高度计的载波波长。

[0038] 本发明还涉及一种基于天基干涉成像雷达高度计的干涉定标系统，该干涉定标系统包括：雷达视角计算模块、拟合系数计算模块、敏感性计算模块、确定干涉基线模块、确定干涉相位偏置模块；

[0039] 所述雷达视角计算模块，用于根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；

[0040] 所述拟合系数计算模块，用于对所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；

[0041] 所述敏感性计算模块，用于根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

[0042] 所述确定干涉基线模块，用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度B和基线倾角α；

[0043] 所述确定干涉相位偏置模块，用于根据所述准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

[0044] 本发明的有益效果：通过上述的系统，确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确，另外通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置的完整估计。

[0045] 进一步地，所述雷达视角计算模块具体用于根据以下公式确定所述雷达视角θ：

[0046]

[0047] 其中Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距， Re为参考目标所在位置的参考椭球半径，该参数体现地球曲率的影响，h是参考目标的高度信息。

[0048] 进一步地，所述拟合系数计算模块具体用于根据以下公式确定所述多项式拟合系数：

[0049]

[0050] 其中φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行。

[0051] 进一步地，所述确定干涉基线模块，其具体用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

[0052] 以及用于根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出准确的基线长度B和基线倾角α。

[0053] 还涉及一种计算机设备，该计算机设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的干涉定标方法的步骤。

[0054] 本发明的有益效果：通过上述的计算机设备，确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确，另外通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置的完整估计。

附图说明

[0055] 图1为本发明的一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法的流程图；

[0056] 图2为本发明的一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标系统的示意图；

[0057] 图3为本发明的干涉定标方法的流程图；

[0058] 图4为本发明的干涉成像雷达高度计(左图)与传统干涉合成孔径雷达 (右图)干涉相位对比的示意图；

[0059] 图5为本发明的干涉成像雷达高度计(左图)与传统干涉合成孔径雷达 (右图)干涉相位频谱对比的示意图；

[0060] 图6为本发明的干涉定标结果反演的高程误差的示意图。

具体实施方式

[0061] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0062] 如图1和图3所示，本发明实施例1提供的是一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法，S1，根据参考目标的高度信息和天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角；

[0063] S2，利用多项式拟合模型确定所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角的空间变化关系，并根据所述参考目标的解缠相位和所述空间变化关系，利用最小二乘算法确定多项式拟合系数；

[0064] S3，根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

[0065] S4，根据所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度和基线倾角；

[0066] S5，根据所述准确的基线长度和基线倾角，确定干涉相位偏置的估计值。

[0067] 需要说明的是，在本实施例1中参考目标具体是指内陆湖泊，该类型参考目标具有平坦性，其高度可视为一个值，由于干涉成像雷达高度计水面相干性很高，非常有利于干涉相位解缠，因此基于平坦湖面解缠相位随雷达视角的空间变化关系，建立解缠相位对雷达视角的敏感性与干涉基线之间的关系，利用最小二乘算法估计基线长度、基线倾角和干涉相位偏置。具体过程是根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；在确定雷达视角θ后，再对该参考目标的解缠相位随该雷达视角θ的空间变化系数进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；然后根据该多项式拟合系数，确定该解缠相位对该雷达视角θ的敏感性；最后能够根据该敏感性，估计该天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并利用估计的该基线长度初始值确定准确的基线长度B和基线倾角α；根据该准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

[0068] 通过本实施例1的方法，先确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确。

[0069] 可选地，在另一实施例2中所述S1中确定所述雷达视角θ的计算公式包括：

[0070]

[0071] 其中，Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距， Re为参考目标所在位置的参考椭球半径(该参数体现地球曲率的影响)，h 是参考目标的高度信息。

[0072] 需要说明的是，本实施例2是在上述实施例1的基础上进行的说明的，在本实施例2中确定实施例1中提到的雷达视角θ，对于已知位置的湖泊水面，由已知的地球曲面参考模型可确定参考目标所在位置的参考椭球半径，再已知湖泊水面的高度信息，根据上述公式(1)可以计算出雷达视角θ。

[0073] 可选地，在另一实施例3中所述S2中包括：

[0074] S21，利用多项式拟合模型描述所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系，其描述公式为：

[0075] 其中φunw(θ)为所述解缠相位， 为所述解缠相位随雷达视角θ的空间变化的多项式拟合模型，pi,i＝0,1,2,...,N为所述模型的(N+1)个多项式拟合系数；

[0076] S22，选取M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位；

[0077] S23，根据M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位和所述空间变化关系，计算所述多项式拟合系数，其中多项式拟合系数的计算公式为：

[0078]

[0079] 其中pi,i＝0,1,2,...,N为所述多项式拟合模型的(N+1)个多项式拟合系数，φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行。

[0080] 需要说明的是，本实施例3是在上述实施例1或者实施例2的基础上进行的解释说明，在本实施例3中是为了求解多项式拟合系数，其求解该多项式拟合系数的计算公式如公式(8)，而该公式(8)是通过下述公式进行推导得到的，首先，干涉相位根据现有技术可知其具有如下形式

[0081]

[0082] 实际系统测量的干涉相位为缠绕后的相位，并且受到干涉相位偏置的影响，因此，如果对缠绕相位进行解缠，则解缠后的相位为

[0083]

[0084] 其中，φ0为高度计的干涉相位偏置。

[0085] 在公式(3)中，左边为已知量，右边基线长度B、基线倾角α和干涉相位偏置φ0为干涉定标需要估计的未知量，斜距r1可表示为雷达视角θ的函数

[0086]

[0087] 从公式(3)中可看到解缠相位为雷达视角的函数，因此，可利用多项式对解缠相位随雷达视角的连续变化进行拟合，因此可以得到公式(7)，公式(7)的最小二乘解即为公式(8)。

[0088] 可选地，在另一实施例4中所述S3中包括：

[0089] 根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，其中所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性具体计算公式为：

[0090]

[0091] 其中 是所述解缠相位对所述雷达视角的偏导，即为所述敏感性， pi,i＝1,2,...,N为所述模型的N个多项式拟合系数；

[0092] 根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性，其中所述斜距对所述雷达视角的敏感性具体计算公式为：

[0093]

[0094] 其中， 为求偏导计算符号，表示计算 对所述雷达视角θ的偏导，即所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性。

[0095] 需要说明的是，在本实施例4中计算敏感性可以根据公式(9)(10) 获得。

[0096] 可选地，在另一实施例5中所述步骤S4中具体包括：

[0097] S41，根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距 r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

[0098] S42，根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出准确的基线长度B和基线倾角α。

[0099] 需要说明的是，在本实施例5中求取准确的基线长度B和基线倾角α，其过程如下：

[0100] AX＝L-L0   (11)

[0101] 其中，

[0102]

[0103]

[0104]

[0105] L为所述解缠相位对所述雷达视角的敏感性，L0为由所述斜距对所述雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，M为选取的不同雷达视角处的解缠相位个数，如果M≥2，则理论上该方程组可解，为了降低相位噪声引入的误差，可增加参与计算的解缠相位数据。对于这样一个超定方程组，最小二乘解为

[0106] X＝(ATA)-1AT(L-L0)   (15)

[0107] 由此可得到基线长度和基线倾角分别为

[0108]

[0109]

[0110] 由于公式(15)中L0的计算需要已知基线长度，而基线长度正是需要估计的未知量。因此，在本实施例5中采用“两步法”对定标结果进行优化。第一步，忽略L0的影响(即去掉由所述斜距对所述雷达视角θ的敏感性引入的高阶微小分量的情况下)，直接求解获得基线长度的初始值；第二步，利用前面估计的基线长度初始值计算L0，重新求解基线长度和基线倾角(即在不去掉由所述斜距对所述雷达视角θ的敏感性引入的高阶微小分量的情况下)。实际计算中，由于L0分量较小，第一步估计已经可获得很高精度的基线长度初始值，因此，第二步主要实现对基线倾角α的更新。上述“两步法”足以计算出准确的基线长度B和基线倾角α。

[0111] 另外需要解释的是，公式(11)所表示的方程是通过下述公式进行推导得到的，首先，公式(3)两边分别对雷达视角θ求导数，可得

[0112]

[0113] 其中，Bx和By分别为基线长度在水平和垂直方向的分量大小

[0114] Bx＝Bcosα

[0115] By＝Bsinα   (6)

[0116] 在公式(5)中可发现，经过求导，干涉相位偏置由于为常数，已经得到消除，只有干涉基线仍然为未知数，将公式(5)重新写为矩阵的形式即得到公式(11)所表示的方程，方程(11)的最小二乘算法解即为公式(15)。

[0117] 可选地，在另一实施例6中所述步骤S5中，其包括：

[0118] S51，根据所述准确的基线长度B和基线倾角α，分别计算与M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位对应的M个干涉相位偏置的估计值；

[0119] S52，求取M个干涉相位偏置的估计值的平均值，得到所述干涉相位偏置的估计值φ0，其中所述干涉相位偏置的估计值φ0的计算公式为：

[0120]

[0121] 其中Bx、By分别为所述准确的基线长度B的水平分量和垂直分量，λ为所述天基干涉成像雷达高度计的载波波长。

[0122] 需要说明的是，本实施例6是在上述实施例5的基础上进行的进一步说明，在上述选取的M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，根据这M个不同的解缠相位，计算与所述雷达视角θ的解缠相位对应的M个干涉相位偏置的估计值，根据公式(18)，求解出干涉相位偏置的估计值φ0。

[0123] 在本实施例6中在干涉相位偏置的估计中进行的取平均值，主要为降低相位噪声引入的估计误差，提高估计精度。因此，求解到基线长度、基线倾角和干涉相位偏置的估计值。

[0124] 如图2所示，本发明实施例7中还涉及一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标系统，该干涉定标系统包括：雷达视角计算模块、拟合系数计算模块、敏感性计算模块、确定干涉基线模块、确定干涉相位偏置模块；

[0125] 所述雷达视角计算模块，用于根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；

[0126] 所述拟合系数计算模块，用于对所述参考目标的解缠相位随所述雷达视角θ的空间变化关系进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；

[0127] 所述敏感性计算模块，用于根据所述多项式拟合系数，确定所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，同时根据所述参考目标的高度信息、所述轨道和斜距参数，确定所述斜距对所述雷达视角的敏感性；

[0128] 所述确定干涉基线模块，用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并根据所述基线长度初始值、所述斜距参数和所述斜距对所述雷达视角的敏感性，确定准确的基线长度B和基线倾角α；

[0129] 所述确定干涉相位偏置模块，用于根据所述准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

[0130] 需要说明的是，在本实施例7中参考目标具体是指内陆湖泊，该类型参考目标具有平坦性，其高度可视为一个值，由于干涉成像雷达高度计水面相干性很高，非常有利于干涉相位解缠，因此基于平坦湖面解缠相位随雷达视角的空间变化关系，建立解缠相位对雷达视角的敏感性与干涉基线之间的关系，利用最小二乘算法估计基线长度、基线倾角和干涉相位偏置。具体过程是根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；在确定雷达视角θ后，再对该参考目标的解缠相位随该雷达视角θ的空间变化系数进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；然后根据该多项式拟合系数，确定该解缠相位对该雷达视角θ的敏感性；最后能够根据该敏感性，估计该天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并利用估计的该基线长度初始值确定准确的基线长度B和基线倾角α；根据该准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

[0131] 通过本实施例7的系统，先确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确。

[0132] 可选地，在另一实施例8中所述雷达视角θ计算模块具体用于根据以下公式确定所述雷达视角θ：

[0133]

[0134] 其中Rs为由天基干涉成像雷达高度计测量的轨道参数计算的主天线至地心的距离参数，r1为根据天基干涉成像雷达高度计采样延时计算的斜距， Re为参考目标所在位置的参考椭球半径(该参数体现地球曲率的影响)，h 是参考目标的高度信息。

[0135] 可选地，在另一实施例9中所述拟合系数计算模块具体用于根据以下公式确定所述多项式拟合系数：

[0136]

[0137] 其中pi,i＝0,1,2,...,N为所述多项式拟合模型的(N+1)个多项式拟合系数，φunw(θi),i＝1,2,...,M为M个不同的所述雷达视角θ的解缠相位，矩阵求逆计算基于最小二乘算法进行。

[0138] 可选地，在另一实施例10中所述确定干涉基线模块，其具体用于根据所述解缠相位对所述雷达视角θ的敏感性，并在去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性的情况下，直接计算所述天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值；

[0139] 以及用于根据所述基线长度初始值和所述斜距参数，并在不去掉所述斜距r1对所述雷达视角θ的敏感性情况下，计算出准确的基线长度B和基线倾角α。

[0140] 本发明实施例11中还涉及一种计算机设备，该计算机设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的干涉定标方法的步骤。

[0141] 需要说明的是，在本实施例11中参考目标具体是指内陆湖泊，该类型参考目标具有平坦性，其高度可视为一个值，由于干涉成像雷达高度计水面相干性很高，非常有利于干涉相位解缠，因此基于平坦湖面解缠相位随雷达视角的空间变化关系，建立解缠相位对雷达视角的敏感性与干涉基线之间的关系，利用最小二乘算法估计基线长度、基线倾角和干涉相位偏置。具体过程是根据参考目标的高度信息和通过天基干涉成像雷达高度计获得的轨道和斜距参数，确定雷达视角θ；在确定雷达视角θ后，再对该参考目标的解缠相位随该雷达视角θ的空间变化系数进行多项式拟合，确定多项式拟合系数；然后根据该多项式拟合系数，确定该解缠相位对该雷达视角θ的敏感性；最后能够根据该敏感性，估计该天基干涉成像雷达高度计的基线长度初始值，并利用估计的该基线长度初始值确定准确的基线长度B和基线倾角α；根据该准确的基线长度B和基线倾角α，确定干涉相位偏置的估计值φ0。

[0142] 通过本实施例11计算机设备，先确定描述参考目标的解缠相位随雷达视角的空间变化关系的多项式拟合系数，根据这个多项式拟合系数可以在后续计算基线长度时，利用“两步法”获取精确的基线长度和基线倾角，最后能够根据精确的基线长度和基线倾角取得精确的干涉相位偏置的估计值，大大降低了相位误差，同时还因为考虑到地球曲率的影响以及干涉相位中由斜距对雷达视角的敏感性引入的高阶微小分量，使得测量基线长度、基线倾角以及干涉相位偏置的估计值更加准确。

[0143] 对于上述的实施例1-实施例11，下面是对这些实施例进行的实验：

[0144] 利用仿真试验数据验证本发明技术方案的有效性。仿真中，将一典型Ku 波段干涉成像雷达高度计与2000年搭载在由美国、德国和意大利共同完成的航天飞机雷达地形测绘任务(Shuttl e Radar Topography M iss ion，SRTM) 上的C波段干涉合成孔径雷达进行对比，仿真参数如表1所示。

[0145] 表1雷达主要仿真参数

[0146]

[0147] 假设地面高度为零，观测带宽均为35KM，由此获得干涉相位如图4所示，可以看到干涉成像雷达高度计的干涉相位非常稀疏，并且干涉相位条纹在整个观测带宽内呈现剧烈的变化，即近距离端密集，远距离端稀疏，而传统干涉合成孔径雷达的干涉相位比较密集，并且条纹疏密程度在整个观测带宽内均匀分布。

[0148] 相应地，干涉相位频率如图5所示，可见传统干涉合成孔径雷达的频谱具有类似矩形的幅度，现有技术方案可以比较准确地估计最大和最小频率，而干涉成像雷达高度计的频谱则比较“胖”，对应非零频率成分动态范围较大，使得现有技术方案难以准确估计频率的上下限。因此，现有技术方案对于干涉成像雷达高度计，无法精确完成干涉定标。

[0149] 利用本发明技术方案获得的干涉定标参数结果如表2所示。

[0150] 表2本发明技术方案的干涉定标结果

[0151]

[0152] 利用上述干涉定标参数进行高程反演，高程误差如图6所示，为清晰起见图中只显示了一条距离线(高度计某一固定观测时间点的近距到远距)上的结果，实际上不同距离线上的结果一致，可见全部误差均在1MM以内，表明本发明技术方案结果精确，具有可行性。

[0153] 在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

[0154] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。