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收稿日期:2008-03-02;修订日期:2009-05-22作者简介:相里斌(1967-),男,研究员,博士生导师,主要从事成像光谱、光学成像系统研究。
E -m ail :xiang l i @opt .cn 。
“环境与灾害监测预报小卫星”高光谱成像仪相里斌1,王忠厚2,刘学斌2,袁 艳3,计忠瑛2,吕群波1(1.中国科学院光电研究院,北京 100192;2.中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安 710119;3.北京航空航天大学精密光机电一体化技术教育部重点实验室,北京 100191)摘要:重点介绍作者为“环境与灾害检测预报小卫星”研制的空间调制型Fo urier 变换高光谱成像仪,介绍了该类仪器的基本原理和“环境与灾害检测预报小卫星”高光谱成像仪总体方案,详细分析了仪器总体技术参数设计方法以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨获得的初步数据结果。
关 键 词:环境减灾卫星;干涉光谱成像技术;空间调制中图分类号:TP 731 文献标志码:A 文章编号:1004-0323(2009)03-0257-061 引 言“环境与灾害监测预报小卫星”的主要任务是从空间对生态破坏、环境污染和自然灾害进行大范围、全天候、全天时动态监测,及时反映生态环境和灾害发生、发展的过程,对生态环境和灾害发展变化趋势进行预测,对灾情进行快速评估,并结合其它手段,为紧急救援、灾后救助和重建工作提供科学依据,与地面监测手段相结合,提高环境和灾害信息的观测、采集、传送和处理的能力。
“环境与灾害监测预报小卫星星座”由两颗光学小卫星与一颗合成孔径雷达小卫星组成,将初步形成对我国及周边国家、地区的灾害与环境的动态监测。
“环境与灾害监测预报小卫星”A 星搭载了一台空间调制干涉高光谱成像仪(Spatially modulatedFourier transform hype rspectral imager ,仪器简称EDIS ),采用了基于实体Sag nac 横向剪切干涉仪的空间调制干涉光谱成像技术。
第39卷第6期2020年12月Vol.39No.6December2020红外与毫米波学报J.Infrared Millim.Waves文章编号：1001-9014(2020)06-0760-07DOI：10.11972/j.issn.1001-9014.2020.06.014 FY-4A干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）资料云检测技术郭强匕文锐】，王新2*（1.中国气象科学研究院，北京100081；2.国家卫星气象中心,北京100081）摘要：目前FY-4A/GIIRS资料同化中直接采用多通道扫描成像辐射计（AGRI）的云检测结果，云污染视场内全部通道被剔除，部分可用通道信息丢失。
为了获得这些可用通道信息，基于McNally给出的云检测原理，利用GIIRS观测和RTTOV模拟晴空结果，结合GIIRS灵敏度等辐射特性，提出了自主的GIIRS云检测方法。
结果表明：GIIRS与AGRI的云检测结果一致性较好，当GIIRS视场中存在细云或碎云时，二者存在一定差异；利用得到的云顶高度，可获得云污染视场中的可用通道，通道使用率增加13.76%。
该云检测方法为GIIRS资料同化提供了重要参考。
关键词：风云四号卫星；干涉式大气垂直探测仪；云检测；晴空通道中图分类号:P414.4文献标识码：ACloud detection technique research for Geosynchronous Interferometric Infrared Sounder(GIIRS)on FY-4A platformGUO Qiang1，2,WEN Rui1,WANG Xin2*(1.Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing100081,China;2.National Satellite Meteorological Center,Beijing100081,China)Abstract:Currently the FY-4A/GIIRS data assimilation directly uses the cloud detection product from Advanced Geostationary Radiometric Imager(AGRI),and the whole channel data has to be removed when the corresponding IFOV is contaminated by cloud,leading to the loss of some available channel information.In order to improve the utilization rate of those data,a cloud detection algorithm is set up with both GIIRS observation and RTTOV simulation by adopting the method given by McNally,together with radiation characteristics such as GIIRS sensitivity.The results of the proposed method are generally identical to those from the AGRI CLMs,where some minor differences will occur for IFO-Vs with a certain of ing the derived the heights of cloud top for each IFOV,the clear channels with respect to the cloud IFOVs can be identified with the data utilization increased by around13.76%in statistics.This proposed cloud detection algorithm can provide an important reference for GIIRS data assimilation.Key words:FY-4meteorological satellite,geosynchronous interferometric infrared sounder(GIIRS),cloud detection clear channelPACS：92.60.Wc,07.57.Ty引言卫星观测⑴,这其中,红外高光谱资料因其高精度探卫星资料逐渐成为资料同化的首要观测来源。
第 31 卷第 11 期2023 年 6 月Vol.31 No.11Jun. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering高分十四号激光测量系统在轨几何定标与初步精度验证曹彬才1，2*，王建荣1，2，胡燕1，2，吕源1，2，杨秀策1，2，卢学良1，2（1.地理信息工程国家重点实验室，陕西西安 710054；2.西安测绘研究所，陕西西安 710054）摘要：高分十四号卫星搭载了一台三波束激光测距系统，用于辅助双线阵光学相机开展全球1∶10 000无地面控制点立体测图。
由于振动及环境等因素变化，激光测高仪的几何参数相比实验室测量参数会发生改变，必须开展高精度在轨几何定标。
针对高分十四号激光载荷的特点，构建了激光测高严格几何模型，在大气改正、潮汐改正的基础上，利用地面探测器阵列捕获的激光光斑开展激光器在轨几何定标与精度验证。
实验结果表明：高分十四号激光测量系统标定后3个波束的高程精度（1σ）分别优于0.190，0.256和0.220 m，达到设计指标，可作为高程控制点开展业务化生产。
关键词：高分十四号卫星；激光测高仪；在轨几何定标；精度验证；高程控制点中图分类号：P237 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233111.1631On-orbit geometric calibration and preliminary accuracy verification of GaoFen-14 （GF-14） laser altimetry system CAO Bincai1，2*，WANG Jianrong1，2，HU Yan1，2，LÜ Yuan1，2，YANG Xiuce1，2，LU Xueliang1，2（1.State Key Laboratory of Geo-information Engineering， Xi'an 710054， China；2.Xi’an Research Institute of Surveying and Mapping， Xi'an 710054， China）* Corresponding author， E-mail： cbconthe-way@Abstract： The Gaofen-14 （GF-14） satellite is equipped with a three-beam laser altimeter system aimed at assisting the two linear-array optical camera to perform global 1∶10 000 mapping without ground control points. Owing to mechanical vibration and environmental changes， the geometric parameters of the laser altimeter would deviate from those measured in the laboratory； thus， it is necessary to perform high-preci⁃sion on-orbit geometric calibration. In this study， a strict geometric model of the laser footprint was con⁃structed according to the characteristics of the GF-14 laser load. Through atmospheric correction and tidal correction， the laser spot captured by the ground detector array was used to perform on-orbit geometric cal⁃ibration and accuracy verification. The test results indicate that the elevation accuracies of the GF-14 three-beam laser altimeter are 0.190， 0.256， and 0.220 m， which satisfy the design target and can be used as the elevation control point for operational production.文章编号1004-924X（2023）11-1631-10收稿日期：2022-11-04；修订日期：2022-11-28.基金项目：地理信息工程国家重点实验室自立项目（No.D19901-SKLGIE2022-ZZ-01）；青年自主创新科学基金资助项目（No.2023-01）第 31 卷光学精密工程Key words： GF-14 satellite；laser altimeter；on-orbit geometric calibration；accuracy verification；eleva⁃tion control point1 引言星载对地观测激光雷达通过向地面发射激光脉冲，探测激光器到目标之间的距离，结合卫星姿态、位置及激光指向信息，获得激光足印点精确的三维空间坐标。
第24卷第4期 2018年 8月载人航天Manned SpaceflightVol.24 No.4 Aug. 2018•成果应用•天宫一号高光谱数据的陆地应用覃帮勇U 2,刘志文U 2,李盛阳u(1.中国科学院空间应用工程与技术中心，北京100094;2.中国科学院太空应用重点实验室，北京100094)摘要：针对天宫一号搭载的高光谱成像仪获取的数据，在国土资源调查、土地利用监测、林业应 用和应急灾害监测等陆地应用情况及研究成果进行了总结，系统梳理了天宫一号高光谱成像 仪的优势及先进性，以期为国产高光谱数据的应用和后续同类型载荷的研发提供经验参考。
关键词：天宫一号；高光谱成像仪;遥感数据；陆地应用 中图分类号：P 237 文献标识码:A文章编号= 1674-5825(2018)04-0546-07Application of Tiangong-1 Hyperspectral Data in LandQIN Bangyong 1，2 , LIU Zhiwen 1，2 , LI Shengyang 1，2(1. Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China ；2. Key Laboratory of Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China)Abstract ： The application status and research results of Tiangong -1 hyperspectral imager data inland resource survey , land use monitoring , forestry application , emergency disaster monitoring and other areas were summarized in this paper . The advantages of Tiangong -1 hyperspectral data were systematically analyzed . This study can provide references for the application of domestic hyperspec tral data and the sensor research of the same type of payload in the future .Key words ：Tiangong -1 ； hyperspectral imager ； remote sensing data ; land application1引言天宫一号目标飞行器于2011年9月29日在 酒泉卫星发射中心成功发射，于2016年3月结束 在轨运行,在轨稳定运行1630天,在轨期间完成 了与神舟八号、九号、十号等三艘飞船的交会对接 实验任务，搭载的先进高光谱成像仪工作正常、稳 定，具有同时对同一目标进行多个谱段的综合对 地观测信息获取能力。
航天返回与遥感第43卷第2期62SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2022年4月高分辨率可见光遥感卫星像质评价与比对方法研究李龙飞1李丹妮1方舟1李岩1邢坤2胡永力2陈元伟1王定文1（1 航天恒星科技有限公司，北京100095）（2 北京空间机电研究所，北京100094）摘要为落实“一带一路”战略，增强国际影响力，中国于2017与2018年分别为委内瑞拉与巴基斯坦各发射1颗高分辨率遥感卫星。
为检验两颗星的像质，并对标国际先进水平，在两颗星完成定标工作后，地面应用单位进行了大量（近300轨约3 000景）的统计分析工作。
文章引入法国SPOT-7影像数据，研究结合客观与主观像质评价方法对3颗星的像质进行综合评价，先结合通用影像品质方程（GIQE）与美国国家图像解译等级标准（NIIRS）人工解译方法对3颗高分辨率遥感卫星影像进行像质评价，再依据统计分析结果与相关产品手册，对3颗卫星建立像质指标体系，最后利用层次分析法对遥感影像像质进行客观评价。
文章汲取几种主客观评价方法的优点，建立了原始至高级别影像涵盖不同指标的像质评价体系对三颗卫星像质进行评价，评价结果趋于一致。
文章有助于对类似图像的像质评价。
关键词高分辨率遥感影像影像比对像质评价航天遥感中图分类号: TP753文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2022)02-0062-12DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2022.02.007Research on Image Quality Assessment and Comparison Methods of High-resolution Optical Remote Sensing Satellite LI Longfei1LI Danni1 FANG Zhou1 LI Yan1 XING Kun2 HU Yongli2 CHEN Yuanwei1WANG Dingwen1（1 Space Star Technology Co., Ltd., Beijing 100095, China）（2 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）Abstract To implement the belt and road strategy and enhance international impact, China launched one high-resolution remote sensing satellite for each of Venezuela and Pakistan in 2017 and 2018. To evaluate the image quality of two satellites and to normalize the international advanced level, a large number of statistical analysis results were performed on the ground application unit after two satellites completed the calibration work. This article imports SPOT-7 image data, objective and subjective image quality evaluation methods are used to comprehensively evaluate the image quality of the three satellites. Combined with GIQE equation and NIIRS artificial interpretation method, the image quality of three high-resolution remote sensing satellite收稿日期：2021-11-22引用格式：李龙飞, 李丹妮, 方舟, 等. 高分辨率可见光遥感卫星像质评价与比对方法研究[J]. 航天返回与遥感, 2022, 43(2): 62-73.LI Longfei, LI Danni, FANG Zhou, et al. Research on Image Quality Assessment and Comparison Methods of High-resolution Optical Remote Sensing Satellite[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2022, 43(2): 62-73. (in第2期李龙飞 等: 高分辨率可见光遥感卫星像质评价与比对方法研究63images is evaluated. Then according to the test results and related product manuals, the image quality index system is established for the three satellites with similar resolution. Finally, the analytic hierarchy process is used to objectively evaluate the remote sensing image quality. The focus of different evaluation methods is different, but the comprehensive evaluation results tend to be consistent, which lays the foundation for the subsequent image quality optimization.Keywords high resolution; remote sensing image; image quality comparison; image quality assessment; space remote sensing0 引言高分辨率遥感卫星影响像质因素很多，主要影响因素包含大气、卫星载荷、图像预处理算法等，对像质评价体系研究将对推动光学成像系统不断优化有重要影响。
基于极化有源定标器的高分三号SAR在轨测试分析李亮;洪峻;陈琦;王爱春;王宇;明峰;朱勇涛【摘要】高分三号(GF-3)是我国第一部全极化星载合成孔径雷达,也是世界上最为先进的全极化星载合成孔径雷达之一,在轨测试和定标是其定量化和全极化应用的前提,卫星发射后,开展了为期三个月的在轨测试和定标.本文提出了一种新型全极化有源定标器设计方案,利用研制的新型全极化有源定标器获取的在轨测试数据,分析了SAR(Synthetic Aperture Radar)天线方向图、SAR发射脉冲特性以及SAR发射天线极化隔离度等指标,分析结果表明,高分三号SAR具有良好的性能指标.根据全极化成像结果对极化有源定标器指标进行了验证,验证结果表明,有源定标器可以提供不同的散射矩阵且具有良好的点目标特性和极化隔离度指标.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2018(046)009【总页数】8页(P2157-2164)【关键词】高分三号;合成孔径雷达;有源定标器;极化定标【作者】李亮;洪峻;陈琦;王爱春;王宇;明峰;朱勇涛【作者单位】中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国资源卫星应用中心,北京100000;中国资源卫星应用中心,北京100000;中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190;中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TN9571 引言高分三号是我国第一颗全极化星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)，具有聚束、扫描、条带、全球观测以及波模式等十多种工作模式[1]，具有全极化成像能力且具有很高的成像分辨率，是目前国际上较为先进的星载合成孔径雷达之一.相比普通合成孔径雷达，极化SAR能够几乎同时获取地物目标的四种不同极化组合状态的信息，是目前能够获取目标区域雷达散射特性最为丰富的传感器，极化SAR测量的极化散射矩阵全面地描述了地物目标的散射特性[2].但是，极化SAR系统接收机和发射机存在不同极化通道之间耦合和通道不平衡，这使得极化SAR的测量矩阵一般不等于目标的散射矩阵，即存在极化矩阵的失真，因此在极化SAR数据应用中，为了准确的应用包含在雷达数据中的信息和完成极化合成处理，必须对极化失真进行校正，否则不具备极化测量的功能，对极化失真矩阵校正的过程即为极化定标[3].高分三号自2016年8月发射后，经过一个月的试运行，于2016年9月至11月开展了为期两个多月的在轨测试，专门为高分三号研制的5台新型全极化有源定标器全程参与了在轨测试任务，获得了200多台次的定标数据，完成了高分三号的辐射定标、极化定标、几何定标、SAR天线方向图测量以及SAR发射脉冲特性监测等任务.本文利用有源定标器获取的定标数据，对SAR天线方向图、极化隔离度、SAR信号脉冲特性等指标进行了分析，分析结果表明，高分三号SAR具有良好的性能指标.根据全极化成像结果对有源定标器指标进行了验证，验证结果表明，有源定标器可以提供不同的散射矩阵且具有良好的点目标特性和极化隔离度指标.2 极化有源定标器设计与实现极化有源定标器可以提供较高的极化隔离度，实现不同的极化矩阵，是极化SAR 在轨测试的关键设备.目前，主要有以下两种形式实现全极化有源定标器：(1)通过有源定标器天线旋转实现不同的散射矩阵，Radarsat-2和Sentinel-1均采用这种方式[4-6]，但是，由于天线极化状态对旋转角比较敏感，对旋转角精度的要求很高，容易产生极化误差，且旋转后天线增益降低3dB，需要增加通道增益为代价进行补偿；(2)采用四天线形式，即H极化接收天线、V极化接收天线和H极化发射天线、V极化发射天线，韩国KOMPSAT-5有源定标器采用该形式[7]，该设计在一定程度上简化了设计思想，比较直观地提供了极化散射矩阵，但是，四天线形式导致系统比较笨重，降低了使用方便性.本文在考虑上述两种极化有源定标器优缺点的基础上，采用高隔离度双极化天线实现了极化定标所需要的不同散射矩阵，该方案采用一收一发双天线形式，收发天线均为高隔离度双极化天线，可以实现H/V极化信号的接收和转发，提供不同的极化散射矩阵，原理框图如图1所示.该设计既避免了天线旋转带来的极化误差和增益下降问题，又克服了四天线形式导致的系统使用不方便问题，通过开关控制可以实现等四种散射矩阵的定标参考目标，用于高分三号的极化定标和检验，其性能指标和使用方便性在高分三号在轨测试中得到了检验.该极化有源定标器通过开关控制可以提供不同散射矩阵的定标参考目标，实现极化SAR定标所需要的三种不同类型的定标参考目标，利用文献[3,8]介绍的极化定标方法可以实现对极化SAR失真测量矩阵的测量和标定.另外，有源定标器具有接收功能，一方面可以通过检波获取SAR发射脉冲的包络信号，实现方位向发射方向图测量；另一方面，通过高速数字采集可以获取SAR发射脉冲信号，实现对SAR 发射脉冲特性的分析[9].根据上述方案，针对高分三号研制了5台新型全极化有源定标器，并参加了为期两个月的在轨测试，如图2所示，保障了在轨测试期间的稳定可靠工作.2.1 高隔离度双极化天线天线是有源定标器的关键部件，特别是对于极化有源定标器，天线的形式和性能指标在一定程度上决定了有源定标器整体结构和性能指标.高隔离度双极化天线即要保证具有较高的极化隔离度，又要求天线可以同时收发H和V 极化信号，其极化隔离度与信号带宽、天线增益以及馈电结构有关[10].本文针对极化有源定标器的技术指标，采用如下关键技术设计：(1)采用混合模激励，单纯的TE模或TM模不可能获得低正交极化性能，如果将TE11模和TM11模按照特定的传输比和相位关系混合，就可获得优良的低交叉极化性能；(2)在光壁圆锥喇叭中嵌入波纹槽，形成波纹圆锥喇叭，如图3所示，通过波纹波导可以在很宽的频带内获得满意的混合效果，即可以实现宽带范围较好的极化隔离度；(3)正交模耦合器采用方形波导，相对于圆形波导，方形波导虽然加工难度增大，但较易获得高隔离度，两种形式的主模场结构如图4所示，从图4可以看出方形波导不易产生交叉分量，容易获得较高的隔离度；(4)正交模耦合器采用多级阶梯实现方形波导向矩形波导转换，有效改善端口的电压驻波比和端口隔离度，如图5所示.基于上述关键技术，研制了一款高隔离度双极化天线，该天线作为接收天线时即可以接收H极化信号也可以接收V极化信号，该天线作为发射天线时，可以同时发射H和V极化信号，且具有较高的隔离度.并在微波暗室对研制的天线进行了测试，主要针对极化隔离度和天线方向图进行了测试，测试结果见图6 .天线极化隔离度一般在轴向上最大，偏离轴向越大，极化隔离度越低.有源定标器实际工作期间，由于卫星处于运动状态，收发天线轴向不可能始终与SAR天线轴向严格对准，因此，要求天线极化隔离度在偏离轴向一定范围内均满足指标要求.图6给出了天线方向图测试结果，其中图6(a)、(c)、(e)分别为5280MHz、5400MHz、5520MHz H极化为同极化，V极化为交叉极化时的天线方向图.图6(b)、(d)、(f)分别为5280MHz、5400MHz、5520MHz V极化为同极化，H极化为交叉极化时的天线方向图.从图中可以看出，交叉极化隔离度在±5°范围内都优于45dB，满足极化定标需求.2.2 高性能射频电路天线完成不同极化信号的接收与发射，射频电路则实现信号的放大以及不同极化通道间的幅度一致性和相位一致性调节.由极化定标需要的散射矩阵可知，不仅要求有源定标器具有较高的通道增益稳定性，还要求极化通道的幅度和相位具有很高的一致性,从极化定标算法可知，若有源定标器的极化通道幅度和相位一致性指标较差，将影响SAR系统幅相一致性以及极化隔离度定标结果.为了保证通道幅度和相位稳定性及一致性，射频电路设计过程中我们专门针对使用需求设计了内部增益校准电路和相位校准电路[11]，如图7所示.校准电路采用如下关键技术，以保证校准精度：(1)校准模块采用恒温设计，恒温精度优于5℃，保证了不同温度下校准模块的稳定性；(2)采用16位采集卡对校准信号进行采集，保证了较高的分辨率，提高了校准灵敏度，进而提高校准精度；(3)采用脉冲差值校准，消除了校准源不稳定引起的误差，减少了误差因素，提高了校准精度.2.2.1 增益校准校准源发出的校准脉冲信号从接收天线后端耦合进极化有源定标器射频通道，经过射频转发通道(包括接收机、光纤延时器、发射机等)后在发射天线后端通过耦合器输出，校准源输出的校准脉冲和经过射频转发通道的校准脉冲都进入增益校准电路，如图7所示，由于经过射频通道的校准脉冲经过一定的延时，两个脉冲检波后在时间上分开，采用数字方式对两个脉冲进行采样，根据脉冲采样差值调节电调衰减器控制电压，直到采集到的两个脉冲差值满足精度要求为止，通过此方法可以保证射频电路增益的稳定性达到±0.1dB，保证了四个极化通道幅度一致性优于±0.2dB.2.2.2 相位校准相位校准电路信号路径同增益校准电路，但是，由于相位校准需要参考信号和经过射频通道后的信号进行混频鉴相，需要两个信号有足够的重合时间，因此，相位校准信号不能像增益校准那样采用脉冲信号，需要采用连续波信号.参考通道信号和转发通道信号进入校准模块进行混频鉴相，两路信号相位相同时，鉴相器输出为0，因此，可以根据混频鉴相的输出调节电调移相器，使最终的鉴相器输出为0，当HH、HV、VH、VV四个通道鉴相器输出结果都为0，而参考信号经过的路径相同，因此，四个通道的相位可以认为是相同的，通过相位校准电路可以把通道间相位一致性误差控制在5°以内.另外，较大的幅频特性和相频特性误差会产生成对回波，影响有源定标器点目标特性，导致点目标能量误差以及系统幅相特性提取误差[12]，基于此，该新型有源定标器设计时专门设计了幅相调节模块，采用多级均衡可调滤波技术保证系统幅频特性和相频特性指标，最终实现全频带幅频特性优于±0.5dB，相频特性优于±5°，保证了有源定标器良好的点目标特性，该指标在轨测试中有源定标器图像得到验证.3 在轨试验3.1 天线方向图测量有源定标器具有接收工作模式，SAR过顶时可以直接获得SAR方位向天线方向图，用于天线方向图比较验证[13].图8给出了某次卫星过顶时，不同有源定标器测量的SAR方位向方向图，五台设备在测绘带内沿方位向排列，卫星过顶时，有源定标器对脉冲信号进行检波，直接获取SAR方位向发射天线方向图.其中，ARC01～ARC04设置为测量H极化方向图，ARC05设置为测量V极化方向图.表1统计了不同设备获取到天线方向图的峰值旁瓣比，从表1中可以看出：(1)多台设备测量的天线方向图之间最大偏差为0.4dB：各台有源定标器不在同一距离向以及各台有源定标器接收检波器的线性度不一致都会导致其测量方向图的差异；(2)方位向方向图右边第一旁瓣比左边第一旁瓣低1dB左右；(3)方位向H极化方向图与V极化方向图基本一致，这与SAR天线地面方向图测试结果吻合.表1 峰值旁瓣比ARC01ARC02ARC03ARC04ARC05峰值旁瓣比(dB)左-12.7-13.02-12.89-13.09-12.99右-13.77-14.15-14.02-14.25-14.443.2 SAR脉冲特性分析SAR在轨发射脉冲经过了SAR信号源、发射通道以及发射天线整个链路，对其特性进行分析反映了SAR真实的发射脉冲特性，具有重要的意义.有源定标器可以直接记录SAR发射脉冲特性，通过获取的SAR发射脉冲IQ信号可以分析SAR发射脉冲信号特性.图9给出了某次卫星过顶时一台有源定标器获取的SAR发射脉冲IQ信号.其中图9(a)为H极化IQ信号，图9(b)为V极化IQ信号，根据IQ信号可以分析SAR发射脉冲信号的带内平坦度、脉冲宽度、IQ信号正交性和IQ幅度不平衡等指标.表2给出了SAR 脉冲特性部分指标，通过对五台有源定标器接收脉冲特性分析可知，SAR实际发射的脉冲宽度与理论设计值(25μs)具有较高的一致性，IQ幅度一致性和正交性具有很高的指标，H极化信号带内平坦度优于0.4dBp-p，V极化信号带内平坦度优于1.6dBp-p.表2 SAR发射脉冲特性IQ幅度不平衡IQ正交性带内幅度平坦度脉冲宽度H极化0.25dB3°0.37dBp-p24.88μsV极化0.18dB3.7°1.6 dBp-p24.86μs3.3 极化矩阵分析有源定标器可以工作于和四种不同散射矩阵，前三个矩阵可以用于极化定标，后一个矩阵可以用于定标检验[14]，每台设备都可以设置任意一种矩阵，但每次工作时只能设置成一种工作状态.某次极化定标时，五台有源定标器参与了试验，五台有源定标器矩阵设置如表3所示，根据散射矩阵设置，HH极化图像上应该显示ARC02、ARC03、ARC04三台设备，HV极化图像上应该显示ARC01和 ARC03两台设备，VV极化图像上应该显示ARC02、ARC03、ARC04三台设备，VH极化图像上应该显示ARC03和ARC05两台设备.图10给出了该次定标场实际成像结果，从图10可以看出，成像结果与有源定标器矩阵设置相吻合，且有源定标器具有较好的点目标特性.另外，图像左侧大范围的亮点为牧民的房子，定标器上方的独立的亮点为三面角反射器和二面角反射器，从图像可以看出，牧民房子具有较强的同极化散射分量，而交叉散射分量较弱. 表3 有源定标器矩阵设置设备编号ARC01ARC02ARC03ARC04ARC05矩阵设置0 10 0[]1 00 1[]-1 -1 1 1[]1 00 1[]0 01 0[]根据图10的极化图像，可以对用于极化定标的有源定标器极化矩阵进行测量，表4给出了用于极化定标的三台极化有源定标器的归一化极化散射矩阵，从表4中可以看出，测量矩阵幅度与设置矩阵相一致，相位存在固定偏差，根据多次测量结果可知，该相位偏差为雷达系统引入，通过极化校正可以对雷达的相位差进行校正. 表4 测量的归一化极化失真矩阵设备编号极化矩阵设置值归一化散射矩阵测量值ARC01 0 10 0[]0.0037+0.00387i1-0.0005-0.0028-0.0057i[]ARC03-1 -1 11[]1-0.9655-0.2602i-0.0833+0.9965i0.4480-0.8902i[]ARC050 01 0[]0.0058-0.0051i-0.0010+0.0006i10.0058-0.0052i[]3.4 极化隔离度分析有源定标器采用高极化隔离度天线，可以对星载SAR进行极化定标，本文直接从有源定标器接收方向图分析SAR发射天线的极化隔离度指标.SAR工作于全极化模式时，交替发射H和V 极化信号，当有源定标器设置成或散射矩阵时，理论上有源定标器只接收到H或者V极化信号，由于SAR发射天线存在极化隔离度，而SAR是H和V极化交替发射，有源定标器接收动态范围又比较大(大于60dB)，因此有源定标器H(或V)主极化接收时，会接收到V(或H)交叉极化分量，因此，可以通过比较接收到的H极化和V极化信号差用以分析SAR发射天线极化隔离度.图11给出了SAR全极化工作模式时，ARC01和ARC05记录的SAR方位向发射方向图以及主瓣内局部放大图，有源定标器散射矩阵设置如表3所示.根据ARC01设置的散射矩阵，ARC01只能接收H极化信号，如果SAR和有源定标器极化隔离度都足够大，则ARC01接收不到V极化信号，但是从图11(b)可以看出，ARC01不但接收了H极化信号，V极化信号也被接收了(SAR发射信号时，H极化和V极化交替发射).同样，根据ARC05设置的散射矩阵，ARC05只能接收V极化信号，如果SAR和有源定标器极化隔离度都足够大，则ARC05接收不到H极化信号，但是从图11(d)可以看出，ARC05不但接收了V极化信号，H极化信号也被接收了.极化隔离度定量化分析见表5，从表5可以看出，SAR和有源定标器H和V极化都具有很高的隔离度.表5 极化隔离度定量化分析主接收极化主极化DN值/主极化功率交叉极化DN值/交叉极化功率极化隔离度ARC01H39850/-23.15dBm5742/-68.65dBm45.5dBARC05V42340/-21.9dBm7262/-64.9dBm43dB4 结论本文提出了一种新型全极化有源定标器设计方案，利用该新型全极化有源定标器执行高分三号在轨测试时获取的数据，分析了SAR天线方向图、SAR发射脉冲特性、SAR发射天线极化隔离度以及有源定标器极化隔离度和极化散射矩阵，分析结果表明，SAR方位向发射方向图实测指标与设计指标吻合，SAR和有源定标器都具有很高的极化隔离度，另外，定标场实际成像结果验证了针对高分三号研制的有源定标器可以提供不同的散射矩阵且具有良好的点目标特性.参考文献【相关文献】[1] 丁赤飚,刘佳音,雷斌,等.高分三号SAR卫星系统级几何定位精度初探[J].雷达学报,2017,6(1):11-16.Ding Chi-biao,Liu Jia-yin,Lei Bin,et al.Preliminary exploration of systematic geolocation accuracy of GF-3 SAR satellite system[J].Journal of Radars,2017,6(1):11-16.(in Chinese) [2] 邱伟，赵宏钟，周剑雄，付强.基于联合稀疏性的高分辨全极化雷达成像研究[J].电子学报，2013，40(9):1685-1693.Qiu Wei，Zhao Hong-zhong,Zhou Jian-xiong,Fu Qiang.High resolution full polarizationradar imaging based on joint sparsity[J].Acta Electronica Sinica,2013,40(9):1685-1693.(in Chinese)[3] Hong Tan，Jun Hong.Calibration of compact polarimetric SAR images using distributed targets and one corner reflector[J].IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,2016,54(8):4433-4444.[4] Daniel Rudolf，et al.A compact antenna rotation concept for precise polarimetric SAR calibration transponders[A].The 11th European Conference on Synthetic Aperture Radar[C].Hamburg,Germany:EUSAR,2016.1167-1171.[5] Touzi R,Hawkins R K.On the use of transponder for high precision assessment & calibration of polarimetric radarsat-2[A].The PolinSAR 2011Workshop[C].Frascatti,Italy:PolinSAR,2011.1-38.[6] M Jirousek et al.Development of the highly accurate DLR Kalibri transponder[A].The 10th European Conference on Synthetic ApertureRadar[C].Berlin,Germany:EUSAR,2014.1176-1179.[7] Durk-Jong PARK,et al.Development of active transponder for KOMPSAT-5mission[A].The 3rd Asia-Pacific International Conference on Synthetic ApertureRadar[C].Seoul,Korea:APSAR,2011.794-797.[8] 陈琳,张晶晶,李洋,洪文.单发双收SAR系统通用极化定标算法[J].雷达学报,2012,1(3):323-328. Chen Lin,Zhang Jing-jing,Li Yang,Hong Wen.General calibration algorithm for single-transmitting-dual-receiving polarimetric SAR system[J].Journal of Radars,2012,1(3):323-328.[9] 李亮，洪峻，明峰，梁维斌.一种基于有源定标器的电离层对星载SAR 定标影响校正方法[J].电子与信息学报,2012,34(5):1096-1101.Li Liang,Hong Jun,Ming Feng,Liang Wei-bin.An approach for ionospheric effects correction on spaceborne SAR calibration based on active radar calibrator[J].Journal of Electronics & Information Technology,2012,34(5):1096-1101.(in Chinese)[10] 张健丰，李平辉，朱彤.高隔离度宽带双极化微带天线设计[J].电子学报，2016，44(4):775-779.Zhang Jian-feng,Li Ping-hui,Zhu Tong.Design of wideband dual-polarized microstrip antenna with high isolation[J].Acta Electronica Sinica,2016,44(4):775-779.(in Chinese) [11] Harry Jackson,IAN Sinclair,Sebastian Tam.ENVISAT/ASAR precisiontransponders[A].Proceeding of the CEOS Workshop[C].Toulouse,France:CEOS,1999.311-316.[12] 林健智,李卫星,张月,陈曾平.极化有源雷达校准器的幅相失真分析及修正[J].电子学报，2016，44(6):1512-1515.Lin Jian-zhi,Li Wei-xing,Zhang Yue,Chen Zeng-ping.Analysis and modification of amplitude-phase distortion in polarimetric active radar calibrator[J].Acta ElectronicaSinica,2016,44(6):1512-1515.(in Chinese)[13] M Schwerdt,et al.Independent verification of the sentinel-1A systemcalibration[J].IEEE Journal of Selected Topic in Applied earth Observations and Remote Sensing,2016,9(3):994-1007.[14] Ridha Touzi,R K Hawkins,Stephaneé.High-precision assessment and calibration of polarimetric radarsat-2 SAR using transponder measurements[J].IEEE Trans on Geoscience and Remote Sensing,2013,51(1):487-503.。
