对毫米波三基线干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)的多通道间泄漏误差进行了建模分析,推导了通道泄漏误差参数和干涉相位误差的数学表达式,定量分析了通道泄漏程度对干涉相位误差及高程误差的影响,并进一步提出了通道泄漏引入的干涉相位误差补偿方法,通过仿真实验给出了误差补偿和分析的结果,验证了该补偿方法的有效性。
根据实际系统的经验,泄漏幅度系数可设定为泄漏相位延迟设定为0。为了便于理解,将理想干涉相位转化为斜距(两者之间为线性关系)。毫米波三基线InSAR实际系统的距离向波束宽度较窄,仅为3°,在计算中假定天线增益不变,距离向波束宽度取为15°,可以在更大斜距范围内分析干涉相位误差的变化情况。从泄漏幅度系数为-25dB时的不同构型基线干涉相位误差随斜距变化的情况,以及高程误差随斜距变化的情况和不同量级泄漏幅度系数对高程误差(峰值)的影响情况。
可以看出在只有泄漏幅度系数的影响下,干涉相位误差大致呈周期性震荡变化,周期随斜距增加而逐渐变大,每个周期内各基线构型引入的误差起伏规律并不一致。当泄漏幅度系数小于-50dB时,可以认为引入的高程误差被控制在适当的范围内。
从干涉相位误差式可以看出,泄漏相位延迟决定了各正弦误差分量的初始相位,这可能使各误差分量叠加时,起到一定的对消或者增强作用。为便于分析,可假设在泄漏幅度系数为-25dB情况下,将所有通道的泄漏相位延迟都设置为同一相位值φk,通过仿真来观察其对干涉相位和高程的影响。从φk=0°, 10°的不同构型基线高程误差随斜距变化的对比情况,以及φk=0°, 30°的不同构型基线高程误差随斜距变化的对比情况。
可以看出在泄漏相位延迟使各误差分量叠加时,起到一定的对消或者增强作用,影响了周期性震荡起伏的形式。考虑到误差最大时,4个分量信号将同向叠加,相当于泄漏幅度系数最大恶化12dB。因此幅度决定性影响因素仍是泄漏幅度系数。为了将通道泄漏引入的高程误差控制在一定的范围内,需要泄漏幅度系数应优于50dBc。这对于毫米波铁氧体开关来说具有一定的实现难度,因此有必要研究通道泄漏误差的补偿方法。
根据系统参数和通道泄漏误差参数,利用干涉相位误差估计方法,以平地目标为例,在不考虑其它误差因素的情况下,进行了通道泄漏误差补偿的仿真试验。通过通道泄漏干涉相位误差和补偿后残余相位误差随斜距的变化关系,以及补偿后残余高程误差随斜距的变化关系,可以看出经过补偿后,高程误差控制在0.1 m 以内。
除了通道间泄漏误差,机载毫米波三基线InSAR还存在着其他误差因素,主要包括:(1)IQ不一致性引入的调制误差和解调误差;(2)通道幅相起伏和通道间幅相不一致引起的误差;(3)载机平台的运动误差;(4)雷达系统对回波延时测不准引起的延时误差;(5)载机平台对回波的多路径反射误差;(6)热噪声和相干斑引起的随机误差等。这些系统误差最终会影响到InSAR的干涉相位测量精度。
误差中因素(1)、因素(2)可以通过内定标测试来提取误差,因素(3)可以通过高精度的位置姿态测量系统(Position and Orientation System,POS)获取,因素(4)可以通过外定标精确测量,以上4项误差都在单视复图像成像前进行补偿,因此对后续干涉条纹的通道泄漏误差补偿影响不大。因素(5)与通道泄漏误差较为类似,在毫米波InSAR中,由于天线波束较窄,而且没有采用雷达罩,因此多路径的问题并不严重。因素(6)对通道泄漏误差补偿的影响不可忽略,在仿真试验中应予以考虑。