CN116087897A - 一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法。该方法在星载散射计在轨运行后，采用星上内定标与星地一体化外定标相结合的手段实现高精度定标，辅以海洋定标、雨林定标、交叉定标等多种定标检验手段，保证在轨观测精度。另外，该方法从业务使用与信息反馈的角度，把星上实时链路内定标、星地一体化外定标、海洋定标、雨林定标、交叉定标等多目标定标与检验验证技术串联起来，形成了一套切实可行的完整星载散射计定标与检验方法，大幅提高了业务系统全流程的完备性。

Description

一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法

技术领域

本发明涉及一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法，属于卫星遥感技术领域。

背景技术

风云三号(Fengyun-3或FY-3)气象卫星是我国的新一代极轨气象卫星。2021年7月发射的FY-3E卫星是该系列中的第5颗卫星，也是全球第一颗运行在晨昏轨道上的民用业务气象卫星。该卫星上携带的星载散射计(即风场测量雷达)是我国气象卫星上的第一个主动微波遥感仪器，也是国际上的第一部双频、双极化扇形波束圆锥扫描雷达。它的作用在于通过地球系统的后向散射测量，获取全球海洋表面的高精度风场信息(包括风速和风向)，为同化应用研究和数值天气预报提供重要数据。

随着卫星定量化遥感技术和遥感资料定量化应用技术的迅速发展，对遥感仪器的定标提出了日益迫切的要求。定标的精确程度直接影响遥感仪器观测数据的科学应用价值，因此需要最大程度地减小仪器偏差引起的测量误差。对于星载散射计而言，其定标的主要任务是根据测得的目标回波功率来确定目标的雷达后向散射系数。

在专利号为ZL 201310638139.4的中国发明专利中，公开了一种星载微波星载散射计外定标方法。针对星载微波星载散射计需要大散射截面积定标目标的问题，该定标方法采用了如下步骤：根据卫星的轨道参数计算卫星的过顶时间及有源定标器的天线指向，并将有源定标器的天线指向调整到指定位置；卫星到达前，对有源定标器进行自校准得到转发通道及接收通道的增益；利用转发通道的增益计算后向散射系数；星载微波星载散射计计算有源定标器的后向散射系数，通过后向散射系数得到最终的修正值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法，包括如下步骤：

S1：获取星载散射计的0级(Level 0,L0)原始观测数据，判断L0数据是否发生跳变；

若判断结果为L0数据发生跳变，则发起仪器状态跳变准实时告警，进入步骤S13；若判断结果为L0数据未发生跳变，则进入步骤S13；

S2：对L0数据进行实时内定标；

S3：对实时内定标的数据进行后向散射系数计算和重采样处理，得到L1数据，进入步骤S9；在外定标流程中，对实时内定标的数据进行后向散射系数计算，进入步骤S6；

S4：设计外定标观测计划，为外定标观测进行前期准备工作，并发起外定标观测，进入步骤S5；

其中，外定标观测的前期准备工作包括地面建设的有源定标器与定标场建设流程设计、星地一体化外定标流程设计；

S5：获取有源定标器的观测数据，并进行实时和/或非实时处理；

S6：将步骤S3中进行后向散射系数计算后的数据和步骤S5中进行实时和/或非实时处理后的数据结合；

S7：将结合后的数据进行外定标数据处理，得到三维天线方向图和绝对定标系数；

S8：根据三维天线方向图和绝对定标系数，判断数据是否超出定标精度要求；

若超出定标精度要求，则将数据进行后向散射系数计算和重采样，得到L1数据，进入步骤S9；若没有超出定标精度要求，则进入步骤S13；

S9：将L1数据进行海洋定标、雨林定标、交叉定标中的任意一种或者多种方式处理；

S10：对海洋定标、雨林定标、交叉定标中的任意一种或多种方式所获得的数据进行定标精度综合评估，并判断定标精度是否超出定标精度要求；

若是，则发起观测质量告警，重复步骤S4～S8，并进行常规监测；若否，则进入步骤S13；

S11：对海洋定标所获得的数据进行数据修正，得到新数据；

S12：将步骤S11中得到的新数据再次进行海洋定标，并对海洋定标稳定性进行评估，评估完成后进入步骤S13；

S13：完成定标验证，对星载散射计的观测数据进行常规监测。

与现有技术相比较，本发明在星载散射计在轨运行后，采用星上内定标与星地一体化外定标相结合的手段实现高精度定标，辅以海洋定标、雨林定标、交叉定标等多种定标检验手段，保证在轨观测精度。另外，本发明从业务使用与信息反馈的角度，把星上实时链路内定标、星地一体化外定标、海洋定标、雨林定标、交叉定标等多目标定标与检验验证技术串联起来，形成了一套切实可行的完整星载散射计定标与检验方法，大幅提高了业务系统全流程的完备性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法的流程图；

图2为本发明实施例中，实时内定标的原理示意图；

图3为本发明实施例中，有源定标器与定标场建设的流程图；

图4为本发明实施例中，星载散射计的常规观测模式与外定标模式的切换示意图；

图5为本发明实施例中，外定标工作及数据处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法，包括外定标在内的如下步骤：

S1：获取L0数据，判断L0数据是否发生跳变。

若判断结果为L0数据发生跳变，则发起仪器状态跳变准实时告警，进入步骤S13；若判断结果为L0数据未发生跳变，则进入步骤S13。

其中，仪器状态跳变准实时告警方案的步骤如下：

(1)读取准实时遥测数据；

(2)对遥测数据进行质量控制，去掉校验和异常、时间异常、角度异常、转速异常等数据，保留正常数据、内定标质检异常、噪声质检异常、自动增益控制(AGC)质检异常的数据；

(3)判断内定标值是否发生突变；

其中，判断内定标值是否发生突变的方法如下：

1)雷达每次进行内定标测量时，有若干个内定标点，前m个内定标点由于还未进入稳态，可能与其余n个内定标点的值不同；为准确判断出异常，将前m个内定标点与其余n个内定标点分为组1、组2，并对组1、组2分别进行处理，其中m、n均为正整数。

2)对于每组内定标点，对信号通道、噪声通道均进行判断；

3)对组1、组2中每块数据的第一个内定标值，以其组中上一块数据的最后一个正常的内定标值为R进行判断。

其中，对于每组内定标点，对信号通道、噪声通道的具体判断方法如下：

①组1信号通道处理方法：

将当前内定标值(A)与前一个正常的内定标值(R)进行比较，如果|A－R|＞根据仪器特性设置的内定标正常阈值，则当前内定标值可能异常，发出告警。对后续内定标值的判断以前一个正常值作为R，继续进行。

②组1噪声通道处理方法：同①。

③组2信号通道处理方法：

将当前内定标值(B)与前一个正常的内定标值(R)进行比较，如果|B－R|＞根据仪器特性设置的内定标正常阈值，则当前内定标值可能异常，发出告警。对后续内定标值的判断以前一个正常值作为R，继续进行。

④组2噪声通道处理方法：同③。

(4)判断噪声测量值是否发生突变；

其中，判断噪声测量值是否发生突变的方法如下：

1)对信号通道、噪声通道均需判断；

2)对每块数据的第一个噪声测量值，以上一块数据的最后一个正常的噪声测量值为R进行判断。

其中，对信号通道、噪声通道的具体判断方法为：

①对信号通道：对每次的各个噪声测量值取平均；将当前测量值(C)与前一个正常的测量值(R)进行比较，如果|C－R|＞根据仪器特性设置的噪声正常阈值，则认为当前噪声测量值可能异常，发出告警。对后续噪声测量值的判断以前一个正常值作为R，继续进行。

②对噪声通道：同①。

(5)判断增益值是否发生突变：若观测点增益值AGC＞根据仪器特性设置的增益正常阈值，则发出告警。该步骤只常规的对地测量阶段进行，对其它阶段无需进行判断。

S2：对L0数据进行实时内定标。

实时内定标的实现方法是采用比率法进行定标，其具体实现流程如图2所示。在正常测量模式下，星载散射计发射机输出到天线收发开关的功率为Pt，星载散射计接收机接收回波信号的功率为Pr；在内定标环路情况下，发射机输出到天线收发开关的功率为Pt，信号不到达天线收发开关而是经内定标环路耦合器衰减Lc后到达接收机，接收机接收定标信号的功率为Prc，用公式表示为：

利用内定标环路，可以得到雷达方程中计算收发功率比参数的表达式为：

上述Lc可以在仪器发射前精确标定，而且卫星发射后基本不随时间变化。通过将发射信号引入到内定标环路，就不需要知道测量时和定标时发射机输出功率的具体确切值，直接测量两次接收机接收功率的比值就可以实现内定标。不考虑星载散射计的天线系统，内定标时信号的经过路径只比测量时信号的路径多一个内定标环路耦合器，两者信号经过的其它测量路径都是一样，因而，内定标环路可以消除星载散射计星上测量系统内部产生的漂移。

接下来，需要对内定标精度进行定期评价，监测星载散射计的观测稳定情况，具体步骤如下：

(1)读取星载散射计的遥感数据；

(2)提取每个扫描周期中的每个内定标信号值；

(3)对每组内定标观测的各个内定标值，去掉开始部分还未进入稳态的大值；

(4)对每个内定标值的前后各N秒内的内定标值取平均(N为正整数；N的具体选取需与业务上对内定标数据的使用方式保持一致，并与信号的波动程度有关)，计算3倍标准差，作为内定标时泄漏信号对内定标信号干扰引起的误差ΔP_c，即雷达内定标时耦合回路数据误差；

(5)内定标精度K的影响因素主要包括：发射前端插损测量误差、接收前端插损测量误差、定标回路耦合度测量误差、天线驻波测量误差、内定标时接收机自动增益控制值误差、回波测量时接收机自动增益控制值误差、扫描插损波动量、内定标信号精度。因此，内定标精度的计算公式为：

K＝ΔL_wt+ΔL_wr+ΔL_f+Δα+ΔG_c+ΔG_s+ΔL_rotary+ΔP_c

其中，ΔL_wt为发射前端插损测量误差，ΔL_wr为接收前端插损测量误差，ΔL_f为定标回路耦合度测量误差，Δα为天线驻波测量误差，ΔG_c为内定标时接收机自动增益控制值误差，ΔG_s为回波测量时接收机自动增益控制值误差，ΔL_rotaty为旋转关节360度扫描插损波动量。

(6)平均一天的内定标精度计算结果，取平均值代表该天的内定标精度评价结果。

(7)根据逐日评价结果，分析内定标精度的长期稳定性。

在本发明中之所以选用比率内定标方法，是因为比率内定标方法产生误差的机会少，而且容许频繁多次地进行内定标，优势更为明显。

S3：对实时内定标的数据分别进行其它预处理，得到L1数据，进入步骤S9；在外定标流程中，需要对实时内定标的数据进行后向散射系数计算后，进入步骤S6。

其中，其它预处理包括后向散射系数计算和重采样。

S4：设计外定标观测计划，为外定标观测进行前期准备工作，并发起外定标观测，进入步骤S5。

其中，外定标观测的前期准备工作包括有源定标器与定标场建设流程设计、星地一体化外定标流程设计。

如图3所示，其中，有源定标器与定标场建设流程设计包括外定标场选址、有源定标器功能设计、有源定标器参数设计、星地一体化定标模式设计、外定标场建设、状态监测方案设计、数据推送策略设计、外定标系统研发、定标模型开发等内容。

其中，外定标场选址、有源定标器功能设计、状态监测方案设计、数据推送策略设计为外定标观测前期准备工作中较为重要的内容，其余内容本发明在此不予赘述。

在本发明的一个实施例中，外定标场选址的原则为：

S411、对于扇形波束圆锥扫描体制的新型星载散射计，其波束足印较大，天线扫描速度较慢，脉冲重复频率低。为了满足天线方向图角度覆盖范围和角度间隔的测量要求，在使用单个地面有源定标器的情况下需要约一个月的时间才能完成一次外定标。如果使用两个距离间隔远大于星载散射计观测刈幅的外定标场，那么外定标的时间可以缩短一半。因此建议建设2个间隔较远的外定标场。此外，若建设3个外定标场，还可以由此解算星载散射计的在轨定位偏差，提高星载散射计定位精度。

S412、星载散射计的主要目标是全球海面风场观测，需要提供对所有海洋区域的全部覆盖，因此有源定标器应安装在远离海洋的内陆地区。

S413、由于星载散射计在外定标过程中既接收地面有源定标器的转发信号又同时接收有源定标器所在位置的背景回波，特别是扇形波束星载散射计的波束足印大、天线旁瓣较高，故需要对地表的雷达散射截面有严格的限制，以抑制地面回波的影响，满足外定标精度的要求。这意味着星载散射计的外定标场地需要远离城市区域，选取后向散射均匀且较弱的场地布置。

S414、外定标场的地形变化需比较平缓，以避免地面后向散射突然增大。

S415、应无地形、建筑物和植被等的遮挡，以保证有源定标器信号的正常收发。

S416、在有源定标器工作频率范围内需无明显的电磁干扰。

S417、在气候条件方面，干旱少雨的地点为最佳选择，可以降低大气对电磁波衰减的影响，提高外定标精度。

S418、还应综合考虑电力、网络、基建与长期维护的可行性。

其中，有源定标器功能设计的具体内容如下：

S421、发射标定功能：标定星载散射计的发射特性，主要包括发射方向图、波束指向；

S422、接收标定功能：标定星载散射计的接收特性，主要包括接收方向图、波束指向；

S423、延时转发功能：标定星载散射计的收发环路特性，主要指绝对定标系数；

S424、具有雷达发射信号分析能力，如信号频率、信号带宽、脉冲宽度、信号时频特性等；

S425、具备实时信号处理与显示功能；

S426、具备远程操控和无人值守功能，可以在地面数据处理中心远程控制有源雷达有源定标器；

S427、监测功能：能自动监测有源定标器的关键状态参数，并能自动远程上传；

S428、自校准功能：能够有效标定有源定标器自身的测量精度，包括内校准、外部校准以及外场标校；

S429、具备多台组网和扩展通信功能。

其中，状态监测方案的设计要求如下：

S431、设计有源定标器上报状态信息包括：定标站代号、状态信息采集时间、服务器连接状态、有源定标器连接状态、UPS连接状态、UPS电源状态、任务接收状态、任务执行结果；可按需增加其它辅助设备的状态信息；

S432、状态上报：有源定标器按照可配置的固定时间间隔采集定标站当前信息，可灵活采用FTP等方式上报定标站系统运行状态；根据用户使用习惯，按照可配置的固定时间间隔定时向用户指定文件传输协议(FTP)路径上传系统运行状态。

其中，数据推送策略设计的具体内容如下：

S441、定标原始数据抓取：将有源定标器原始数据传输到数据处理服务器上固定的存储位置；

S442、原始数据分包：根据分包设置对原始数据进行分包处理，并将分包数据存储到指定位置；

S443、数据辅助信息提取：完成数据包头的辅助信息的提取，并将辅助信息进行存储；

S444、有效数据提取参数设置：设置分包数据筛选的门限值；

S445、有效数据筛选：根据有效数据的筛选设置对分包数据进行筛选，筛选结果储存到指定路径；

S446、有效数据存储：将同一原始文件包的有效数据和辅助数据存储到同一个文件夹内并进行管理，供后端调用；

S447、数据上传：将同一原始文件包的有效数据、辅助数据打包并传输到用户指定的文件传输协议服务器目录下，供用户进行查阅和进一步处理；

S448、为防止数据上传过程出现问题，提高数据推送的可靠性，在数据首次推送后间隔指定时段后自动读取文件传输协议服务器目录下的文件信息，判断数据推送是否成功；若不成功，则自动补推。

其中，向用户指定路径推送定标站观测数据的方式较多，上述内容仅以文件传输协议的方式为例，其余方式本发明在此不予赘述。

其中，星地一体化外定标流程中的工作模式设计一般包括三种模式，即接收模式、发射模式、转发模式，而星载散射计的天线往往为无源天线，所以发射方向图与接收方向图一致，因此也可简化为接收模式与转发模式，其具体流程设计如下：

S451、根据星载散射计定标需求，定期或不定期发起外定标计划；

S452、有源定标器根据外定标计划文件、卫星轨道预报文件与有源定标器地理位置信息，生成详细的定标任务，并计算有源定标器开机时间与指向角信息；

S453、有源定标器据此提前开机预热，辅助设备也自动开机；

S454、有源定标器完成自检后，定时指向预定方向开始接收星载散射计的信号，期间辅助设备持续观测；

S455、根据定标任务的要求，针对接收模式或转发模式，星地仪器工作过程有所不同；

S456、观测任务结束后，有源定标器和辅助设备按时停止观测；

S457、自动进行数据存储与数据推送。

其中，在处于接收模式时，星地仪器工作流程较为简单，星载散射计正常工作，根据卫星轨道对有源定标器进行设置，调整有源定标器的天线指向，使有源定标器接收来自星载散射计的信号。

如图4所示，在处于转发模式时，星地仪器工作流程较为复杂，需要通过地面向卫星上注遥控指令，实现星载散射计的星地仪器模式切换，即从常规观测模式切换为外定标模式，以及从外定标模式切换为常规观测模式。转发模式下的星地系统工作流程为：根据星载散射计的定标需求，当星载散射计需要进行转发外定标时，通过地面向卫星发送遥控指令，使星载散射计切换到外定标模式，同时根据卫星轨道对有源定标器进行设置，调整有源定标器的天线指向，使有源定标器接收来自星载散射计的信号，有源定标器将接收到的信号放大转发回星载散射计，星载散射计接收后进行处理；外定标结束后，同样发送遥控指令，使星载散射计切换为常规观测模式。

S5：获取有源定标器观测数据，并进行实时和/或非实时处理。

S6：将步骤S3中进行后向散射系数计算后的实时内定标数据和步骤S5中进行实时和/或非实时处理后的数据结合。

S7：将结合后的数据进行外定标数据处理，得到三维天线方向图和绝对定标系数。

其中，外定标工作的全流程及数据处理过程如图5所示，具体包括：

S71：读取有源定标器数据文件，得到测量信号波形，即电压量化值随时间的变化。

S72：将步骤S71中读取的数据进行IQ解调，得到复信号。

其中，IQ解调计算公式为：

I＝SigRF.*cos(2*pi*fc*t)

Q＝SigRF.*sin(2*pi*fc.*t)

其中，SigRF是步骤S71中得到的电压值，pi是圆周率，fc为采集中频频率，t为每个采样点的时间。

S73：有源定标器采用中频采样，对解调后的信号进行下变频，得到基带波形，并根据采样点数和信号带宽构建滤波窗。

S74：变换到基带后，进行降采样处理。

S75：对复信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的波形。

其中，脉冲压缩对每个接收LFM(线性调频信号)脉冲信号进行匹配滤波，匹配滤波器为H(t)＝Conj(Sig(-t))，构建匹配函数：

H(t)＝exp(-j*pi*Kr*t^2)

其中，Sig(t)为LFM信号，Kr为调频斜率。

脉冲压缩方式为：

SigRF_Out＝ifft(fft(Sig(t)).*fft(H(t)))

S76：计算脉压后的复信号的信号幅度。

S77：根据设定的门限值，提取出有效脉冲信号，即完成星载散射计单次过境的信号处理，得到本次的天线增益Gt。

S78：根据不同时刻、不同方位角、不同俯仰角的有源定标器观测数据，星载散射计的天线增益Gt可写为：

Gt＝Gt(θ_azi，θ_ele)

其中，θ_azi为方位角，θ_ele为俯仰角。

根据一次完整外定标任务中有源定标器采集到的所有有效数据，拟合得到三维天线方向图。

S79：积累足够的观测数据后，结合星载散射计计算的有源定标器后向散射系数，计算星载散射计绝对定标系数。

其中，在外定标数据处理过程中，有很多细节问题需要考虑，以减少数据量及提高星载散射计的定标精度，具体包括：

1.把有源定标器信号变换到基带后，实施降采样，该步处理可大大降低数据量；

2.在计算过程中，使用有源定标器的实际天线方向图，精确获取其在不同方位角、俯仰角下的天线增益，而非使用固定的天线增益值；

3.在有源定标器现场安装过程中，需要精确测量有源定标器安装矩阵，实测出的安装矩阵用于修正有源定标器的指向角；

4.使用卫星的实际姿态、实际轨道计算星地几何关系，可以获得更高的定位精度，进而降低外定标中由于星地距离和观测几何带来的定标偏差。

需要说明的是，外定标的实现可分为无源方法和有源方法，在本发明实施例中优选采用有源方法，而无源方法又包括无源点目标法、地面分布式目标方法，其中，无源点目标法使用标准参考反射器进行定标，需要反射器的尺寸在10米以上，难以高精度加工；地面分布式目标方法利用地面大面积的散射稳定的目标进行定标，热带雨林是其相对比较理想的定标目标，国内外研究表明使用亚马逊雨林星载微波星载散射计的定标精度可达到1dB左右，但热带雨林的后向散射会随季节变化。因此，这两种无源方法均无法满足星载散射计的高精度外定标要求，所以本发明在此不予赘述。

S8：根据三维天线方向图和绝对定标系数，判断数据是否超出定标精度要求。

若超出定标精度要求，则将数据进行后向散射系数计算和重采样，得到L1数据，进入步骤S9；若没有超出定标精度要求，则进入步骤S13；

S9：将L1数据进行海洋定标、雨林定标、交叉定标中的任意一种或者多种方式处理；

其中，海洋定标通过将星载散射计测量获得的后向散射数据与基于数值天气预报和地球物理模型函数的仿真后向散射数据进行比较，来确定星载散射计的定标偏差。在包含外定标的多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法中，使用有源定标器进行绝对定标后，以海洋定标作为定标检验的手段，其作用在于监测星载散射计定标处理后的残余偏差与数据的长期稳定性。

雨林定标为检验星载散射计定标数据稳定性的有效手段。

雨林定标区域选取是雨林定标非常重要的基础性工作。可以利用长时间在轨运行的星载散射计同频段、同极化实测数据开展待标定星载散射计的定标区域优选工作，考虑各项同性特性、空间范围、空间变化、季节变化、日变化，利用目标区域后向散射系数的稳定性指标作为筛选阈值。该过程中使用高分辨率数据最佳。

雨林定标建模需要根据长时间在轨运行的星载散射计实测数据，区分不同频段、不同极化，建立后向散射系数与入射角的关系模型；若为分析方位依赖性或天线旋转关节引入的影响，可以加入方位角模型。若卫星运行轨道为非极地轨道，还需构建雨林的日变化模型，以满足不同观测时间定标检验的需求。

雨林定标是根据星载散射计在雨林定标区域的观测结果，分析星载散射计测量后向散射系数的直方图分布，计算定标偏差，采用长时间序列分析方法获得星载散射计定标数据的稳定性评价。需要注意的是，由于早上观测与下午观测时雨林的日照条件不同及受植被表面露珠的影响，造成升轨与降轨的后向散射系数不同，同时测量结果的标准差也偏大，不利于仪器测量性能稳定性检验计算，应区分升、降轨进行数据分析。此外，利用多个不同的雨林区域来分析后向散射的共同趋势，可去除或减少地区性的影响。

交叉定标是以同期在轨运行的国内外卫星上的同类仪器作为比对目标，评估星载散射计的数据质量。在交叉定标方法中，重点在于生成两部星载散射计的匹配数据集，然后利用匹配数据集中的数据开展交叉比对。详细处理步骤如下：

1.对两部星载散射计，区分波段、极化，单独进行匹配；

2.选取海洋上的观测点，去除受海冰或降水影响的像元；

3.根据后向散射系数的质量标识，剔除质量不好的数据；

4.使用大气校正查找表或使用微波辐射计同步观测数据，对星载散射计观测量进行大气校正；

5.设定合适的背景区域，计算背景区域的均匀性，剔除波动较大的像元；

6.开展时间匹配，时间差阈值可设置为10～60min；

7.开展空间匹配，考虑到在轨星载散射计的网格分辨率，距离差阈值可设置为10～50km；

8.开展观测几何匹配，入射角差阈值可设置为1°，方位角差阈值可设置为5°；

9.利用匹配数据集，开展对两部星载散射计观测数据的交叉比对，计算后向散射系数偏差和标准差，分析偏差对极化、入射角、不同投影网格分辨率、相对风向和风速等的依赖性。

在此基础上，可以进一步结合海洋定标方法进行交叉定标，即双差分析。该方法可以在一定程度上去除时空差异、观测几何差异与频率差异等的影响。

S10：对海洋定标、雨林定标、交叉定标中的任意一种或多种方式所获得的数据进行定标精度综合评估，并判断定位精度是否超出定标精度要求。

若是，则发起观测质量告警，重复步骤S4～S8，并进行常规监测；若否，则进入步骤S13。

其中，观测质量告警的具体步骤如下：

S101：根据星载散射计的重访周期，设置定标检验周期；

S102：根据对星载散射计的定标精度要求，设置定标偏差阈值BThres；

S103：对每个定标检验周期内海洋定标检验的偏差进行平均，记为BNOC；

S104：对每个定标检验周期内雨林定标检验的偏差进行平均，记为BRFC；

S105：对每个定标检验周期内交叉定标检验的偏差进行平均，记为BSNO；

S106：当满足相应条件时，则判定为定标偏差超出阈值，自动触发观测质量告警，具体相应条件为：BNOC＞BThres或BRFC＞BThres或BSNO＞BThres。

S11：对海洋定标所获得的数据进行数据修正，得到新数据。

S12：将步骤S11中得到的新数据再次进行海洋定标，并对海洋定标稳定性进行评估，评估完成后进入步骤S13。

S13：完成定标验证，对星载散射计的观测数据进行常规监测。

与现有技术相比较，本发明在星载散射计在轨运行后，采用星上内定标与星地一体化外定标相结合的手段实现高精度定标，辅以海洋定标、雨林定标、交叉定标等多种定标检验手段，保证在轨观测精度。另外，本发明从业务使用与信息反馈的角度，把星上实时链路内定标、星地一体化外定标、海洋定标、雨林定标、交叉定标等多目标定标与检验验证技术串联起来，形成了一套切实可行的完整星载散射计定标与检验方法，大幅提高了业务系统全流程的完备性。

上面对本发明所提供的基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种基于多目标的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：获取L0数据，判断L0数据是否发生跳变；若判断结果为L0数据发生跳变，则发起仪器状态跳变准实时告警，进入步骤S13；若判断结果为L0数据未发生跳变，则进入步骤S13；

S2：对L0数据进行实时内定标；

S3：对实时内定标的数据分别进行其它预处理，得到L1数据，进入步骤S9；在外定标流程中，对实时内定标的数据进行后向散射系数计算后，进入步骤S6；

S4：设计外定标观测计划，为外定标观测进行前期准备工作，并发起外定标观测，进入步骤S5；

S5：获取有源定标器观测数据，并进行实时和/或非实时处理；

S6：将步骤S3中进行后向散射系数计算后的实时内定标数据和步骤S5中进行实时和/或非实时处理后的数据结合；

S7：将结合后的数据进行外定标数据处理，得到三维天线方向图和绝对定标系数；

S8：根据三维天线方向图和绝对定标系数，判断数据是否超出定标精度要求；若超出定标精度要求，则将数据进行后向散射系数计算和重采样，得到L1数据，进入步骤S9；若没有超出定标精度要求，则进入步骤S13；

S9：将L1数据进行海洋定标、雨林定标、交叉定标中的任意一种或者多种方式处理；

S10：对步骤S9所获得的数据进行定标精度综合评估，并判断定位精度是否超出定标精度要求；若是，则发起观测质量告警，重复步骤S4～S8，并进行常规监测；若否，则进入步骤S13；

S11：对海洋定标所获得的数据进行数据修正，得到新数据；

S12：将步骤S11中得到的新数据再次进行海洋定标，并对海洋定标稳定性进行评估，评估完成后进入步骤S13；

S13：完成定标验证，对星载散射计的观测数据进行常规监测。

2.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S1中，通过如下子步骤判断内定标值是否发生突变：

雷达每次进行内定标测量时，将前m个内定标点与其余n个内定标点分为组1、组2；对于组1中的信号通道，将当前内定标值(A)与前一个正常的内定标值(R)进行比较，如果|A－R|＞根据仪器特性设置的内定标正常阈值，则当前内定标值可能异常，发出告警；对于组2中的信号通道，将当前内定标值(B)与前一个正常的内定标值(R)进行比较，如果|B－R|＞根据仪器特性设置的内定标正常阈值，则当前内定标值可能异常，发出告警；其中，m、n为正整数。

3.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S2中采用比率法进行实时内定标，包括：

在正常测量模式下，星载散射计发射机输出到天线收发开关的功率为Pt，星载散射计接收机接收回波信号的功率为Pr；在内定标环路情况下，发射机输出到天线收发开关的功率为Pt，信号不到达天线收发开关而是经内定标环路耦合器衰减Lc后到达接收机，接收机接收定标信号的功率为Prc，用公式表示为：

利用内定标环路，得到雷达方程中计算收发功率比参数的表达式为：

4.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S2中通过如下子步骤对内定标精度进行定期评价，监测星载散射计的观测稳定情况：

(1)读取星载散射计的遥感数据；

(2)提取每个扫描周期中的每个内定标信号值；

(3)对每组内定标观测的各个内定标值，去掉开始部分还未进入稳态的大值；

(4)对每个内定标值的前后各N秒内的内定标值取平均，计算3倍标准差，作为雷达内定标时耦合回路数据误差ΔP_c，其中N为正整数；

(5)内定标精度的计算公式为：

K＝ΔL_wt+ΔL_wr+ΔL_f+Δα+ΔG_c+ΔG_s+ΔL_rotary+ΔP_c其中，ΔL_wt为发射前端插损测量误差，ΔL_wr为接收前端插损测量误差，ΔL_f为定标回路耦合度测量误差，Δα为天线驻波测量误差，ΔG_c为内定标时接收机自动增益控制值误差，ΔG_s为回波测量时接收机自动增益控制值误差，ΔL_rotaty为旋转关节360度扫描插损波动量；

(6)平均一天的内定标精度计算结果，取平均值代表该天的内定标精度评价结果；

(7)根据逐日评价结果，分析内定标精度的长期稳定性。

5.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S4中外定标观测的前期准备工作包括有源定标器与定标场建设流程设计；其中，有源定标器与定标场建设流程设计包括外定标场选址、有源定标器功能设计、有源定标器参数设计、星地一体化定标模式设计、外定标场建设、状态监测方案设计、数据推送策略设计、外定标系统研发、定标模型开发。

6.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S4中外定标观测的前期准备工作包括星地一体化外定标流程设计，包括如下子步骤：

S451、根据星载散射计定标需求，定期或不定期发起外定标计划；

S452、有源定标器根据外定标计划文件、卫星轨道预报文件与有源定标器地理位置信息，生成详细的定标任务，并计算有源定标器开机时间与指向角信息；

S453、有源定标器提前开机预热，辅助设备也自动开机；

S454、有源定标器完成自检后，定时指向预定方向开始接收星载散射计的信号，期间辅助设备持续观测；

S455、根据定标任务的要求，针对接收模式或转发模式，星地仪器工作过程有所不同；

S456、观测任务结束后，有源定标器和辅助设备按时停止观测；

S457、进行数据存储与数据推送。

7.如权利要求6所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S4中，转发模式下的星地系统工作流程为：

根据星载散射计的定标需求，当星载散射计需要进行转发外定标时，通过地面向卫星发送遥控指令，使星载散射计切换到外定标模式，同时根据卫星轨道对有源定标器进行设置，调整有源定标器的天线指向，使有源定标器接收来自星载散射计的信号，有源定标器将接收到的信号放大转发回星载散射计，星载散射计接收后进行处理；外定标结束后，同样发送遥控指令，使星载散射计切换为常规观测模式。

8.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S7中还包括如下子步骤：

S71：读取有源定标器的数据文件，得到电压量化值随时间的变化；

S72：将步骤S71中读取的数据进行IQ解调，得到复信号；

S73：有源定标器采用中频采样，对解调后的信号进行下变频，得到基带波形，并根据采样点数和信号带宽构建滤波窗；

S74：变换到基带后，进行降采样处理；

S75：对复信号进行匹配滤波，得到匹配滤波后的波形；

S76：计算脉压后的复信号的信号幅度；

S77：根据设定的门限值，完成星载散射计单次过境的信号处理，得到本次的天线增益Gt；

S78：根据不同时刻、不同方位角、不同俯仰角的有源定标器的观测数据，星载散射计的天线增益Gt可写为：

Gt＝Gt(θ_azi，θ_ele)

其中θ_azi为方位角，θ_ele为俯仰角；

根据一次完整外定标任务中有源定标器采集到的所有有效数据，拟合得到三维天线方向图；

S79：积累足够的观测数据后，结合星载散射计计算的有源定标器后向散射系数，计算星载散射计的绝对定标系数。

9.如权利要求1所述的星载散射计综合定标与检验验证方法，其特征在于，在步骤S10中还包括如下子步骤：

S101：根据星载散射计的重访周期，设置定标检验周期；

S102：根据对星载散射计的定标精度要求，设置定标偏差阈值BThres；

S103：对每个定标检验周期内海洋定标检验的偏差进行平均，记为BNOC；

S104：对每个定标检验周期内雨林定标检验的偏差进行平均，记为BRFC；

S105：对每个定标检验周期内交叉定标检验的偏差进行平均，记为BSNO；

S106：当满足相应条件时，则判定为定标偏差超出阈值，自动触发观测质量告警，具体相应条件为：BNOC＞BThres或BRFC＞BThres或BSNO＞BThres。

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