CN115079109A - 一种合成孔径雷达成像质量指标评价*** - Google Patents

一种合成孔径雷达成像质量指标评价*** Download PDF

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CN115079109A CN202210637652.0A CN202210637652A CN115079109A CN 115079109 A CN115079109 A CN 115079109A CN 202210637652 A CN202210637652 A CN 202210637652A CN 115079109 A CN115079109 A CN 115079109A
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孙鑫伟
宋栩潮
孙伟峰
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曲晓俊
李立刚
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Abstract

本发明公开了一种合成孔径雷达成像质量指标评价***，属于成像技术领域。本***包括***设置模块、SAR数据加载模块、SAR***参数输入模块、SAR图像显示模块、SAR图像质量指标计算模块、平飞测高指标计算模块；***设置模块，给用户提供更好的人机交互感；SAR数据加载模块，加载计算数据文件；SAR***参数输入模块，计算评测指标；SAR图像显示模块，显示结果；SAR图像质量指标计算模块，计算图像质量指标；平飞测高指标计算模块，计算测高精度指标。本发明能够显示各帧角反射器点扩散函数曲线；显示各角反射器对几何形变量的误差指标；显示多普勒精度、成像畸变明细误差；显示平飞测高误差指标及误差明细曲线。

Description

一种合成孔径雷达成像质量指标评价***
技术领域
本发明属于成像技术领域，具体涉及一种合成孔径雷达成像质量指标评价***。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种微波遥感成像***，即使在复杂的外界自然环境下也能全天时、全天候地实现对地观测。这种特性使其可以广泛应用于军事、农业、环境监测和资源调查等领域。SAR图像质量评估是指用客观参数对SAR图像质量进行评价，具有重要的研究价值。
通过分析SAR图像质量参数，不仅可以比较SAR***性能的优劣，也可以为SAR***的设计提供依据；帮助我们设置SAR***参数，进而提高成像精度，得到更加清晰的SAR图像。研发SAR图像质量评估算法，有助于人们评估和比对不同图像的质量。并且随着合成孔径雷达技术的迅速发展，其分辨率也在不断提高，传统的人工判读已经难以完成庞大的工作量。
综上所述，如果能将SAR图像质量评估流程程序化，设计一款软件对SAR成像质量做一个模拟评估，将会大大节约***设计人员和图像判读人员的时间与精力，是十分有必要的。与硬件仿真相比，软件模拟具有快速、经济、安全、灵活的特点，设计人员不需要制造出一个雷达实物或模型，就能完成对雷达成像技术指标评测。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种合成孔径雷达成像质量指标评价***，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种合成孔径雷达成像质量指标评价***，包括***设置模块、SAR数据加载模块、SAR***参数输入模块、SAR图像显示模块、SAR图像质量指标计算模块、平飞测高指标计算模块；
***设置模块，被配置为用于给用户提供更好的人机交互感，得到更加理想的评测指标；
SAR数据加载模块，被配置为用于加载计算成像指标与显示图像所需的数据文件；
SAR***参数输入模块，被配置为供用户输入被评测***的相关参数，并根据输入帧号来计算对应帧号数据的评测指标；
SAR图像显示模块，被配置为用于显示SAR成像结果以及该微波图像对应的幅宽图；
SAR图像质量指标计算模块，被配置为用于计算SAR图像质量指标，并生成成像指标评测报告；
平飞测高指标计算模块，被配置为用于计算平飞测高精度指标，并生成测高指标评测报告。
优选地，SAR图像质量指标，包括成像分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、斜距精度、多普勒精度、实时性、成像幅宽、作用距离和成像畸变；
平飞测高精度指标，包括各地形测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值、测量信息延迟和飞行方向地距间隔。
优选地，成像分辨率计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向分辨率，方位向分辨率；
步骤S11：读取SAR图像数据文件中指定帧号图像数据矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S12：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S13：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值，保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S14：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S15：记录行矢量幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，得到边界间相隔的像素数，再将所得像素数乘以列间隔，得到当前角反射器的方位向分辨率；
记录列矢量幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，得到边界间相隔的像素数，再将所得像素数乘以行间隔，得到当前角反射器的距离向分辨率；
步骤S16：通过步骤S11-步骤S15，得出所有角反射器的方位向分辨率和距离向分辨率，将所有计算结果求平均值后作为最终的指标值输出；
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向峰值旁瓣比，方位向峰值旁瓣比；
步骤S21：读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S22：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S23：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值，保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S24：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S25：对行矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率的两个边界；将最大值与方位向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界；将主瓣两侧第一旁瓣峰值中的最大值除以行矢量的最大值，得到当前角反射器的方位向峰值旁瓣比；
对列矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定距离向分辨率的两个边界；将最大值与距离向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界；将主瓣两侧第一旁瓣峰值中的最大值除以列矢量的最大值，得到当前角反射器的距离向峰值旁瓣比；
步骤S26：通过步骤S21-步骤S25，得出所有角反射器的方位向峰值旁瓣比和距离向峰值旁瓣比，将所有角反射器的计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
优选地，积分旁瓣比计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向积分旁瓣比，方位向积分旁瓣比；
步骤S31：读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S32：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S33：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值。保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S34：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S35：对行矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率的两个边界；将最大值与方位向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界，计算主瓣能量和；
对列矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定距离向分辨率的两个边界；将最大值与距离向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界，计算主瓣能量和；
步骤S36：对行矢量或列矢量，将最大值所在的序号减去、加上原始间隔像素数*插值倍数，得到旁瓣边界，计算得到主瓣两侧所有旁瓣的能量和；
步骤S37：将主瓣能量和除以所有旁瓣的能量和，得到当前角反射器的方位向积分旁瓣比或距离向积分旁瓣比；
步骤S38：通过步骤S31-步骤S37，得出所有角反射器的方位向积分旁瓣比和距离向积分旁瓣比，将计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
优选地，斜距精度计算步骤如下：
数据输入：SAR斜距数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：斜距误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
步骤S41：读取斜距数据文件指定帧号的斜距数据矩阵；
步骤S42：读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
步骤S43：在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号；
步骤S44：在斜距数据矩阵中寻找该行号和列号对应的斜距测量值；
步骤S45：读取图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
步骤S46：加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S47：通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S48：读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S49：取角反射器的位置坐标向量减去雷达天线阵面中心的位置坐标位置向量的奇异值作为角反射器对应的斜距真实值；
步骤S410：根据当前角反射器对应的斜距测量值、斜距真实值，计算当前角反射器的斜距误差并取绝对值；
步骤S411：求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
优选地，多普勒精度计算步骤如下：
数据输入：SAR多普勒数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：多普勒误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
步骤S51：读取多普勒数据文件指定帧号的多普勒数据矩阵；
步骤S52：读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
步骤S53：在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号，寻找多普勒数据矩阵该行号和列号对应的角反射器多普勒测量值；
步骤S54：读取SAR图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
步骤S55：加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
步骤S56：通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
步骤S57：读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S58：计算角反射器对应的多普勒真实值fdc，计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000031
其中，(Vx，Vy，Vz)和(xt，yt，zt)分别为雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的速度坐标和位置坐标，(x0，y0，z0)为角反射器在北天东坐标系中的位置坐标，λ为雷达信号波长，R为该角反射器的斜距真实值；
步骤S59：将当前角反射器对应的多普勒测量值、多普勒真实值做差，得出当前角反射器对应的多普勒误差，对误差取绝对值；
步骤S510：求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
优选地，实时性计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：成像周期、干涉条纹生成时间；
步骤S61：加载图像数据文件，读取第0帧的成像中心时刻、成像开始时刻、干涉条纹完成时刻，读取第1帧的成像中心时刻；干涉条纹完成时刻减去成像开始时刻，为第0帧的干涉条纹生成时间；第1帧的成像中心时刻减去第0帧的成像中心时刻，为第0帧的成像周期；
步骤S62：计算其余帧的干涉条纹生成时间和成像周期，将所有帧的结果求取最大值后作为最终的指标值输出；
成像幅宽计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：距离成像幅宽、方位成像幅宽、面积比；
步骤S71：读取SAR图像数据文件指定帧的图像矩阵，行间隔和列间隔；
步骤S72：以图像矩阵中所有元素之和与图像矩阵中非零元素个数之比为中值，将小于中值的元素置零，大于中值的元素置一，再通过闭运算填补矩阵的零元素处，得到一个二值矩阵；
步骤S73：对二值矩阵进行区域生长后，计算所有合并区域面积之和、雷达区域上下/左右坐标间的元素个数；
步骤S74：将雷达区域上下/左右坐标间的元素个数乘以行/列间隔得到距离/方位成像幅宽，将二值矩阵连通区域面积除以其大小得到面积比；
步骤S75：计算得出所有帧的距离成像幅宽、方位成像幅宽和面积比，将所有帧的结果求均值后作为最终的指标值输出。
优选地，作用距离计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件、信噪比配置文件；
用户输入：角反射器RCS、玻尔兹曼常数、标准噪声温度、雨衰系数、大气衰减系数、归一化等效噪声系数、机载/弹载噪声系数、机载/弹载机内损耗、机载/弹载天线增益、机载/弹载天线罩损耗、机载/弹载前倾视角、机载/弹载占空比、机载/弹载发射功率、机载/弹载方位斜地转换因子、机载/弹载方位展宽失配系数、弹载飞行速度；
指标输出：机载作用距离、弹载等效作用距离；
步骤S81：读取SAR图像数据文件中指定帧的成像中心时刻；
步骤S82：读取飞机基准数据文件查找与成像中心时刻最接近的GPS时标，读取飞机在该时标的北天东速度坐标，计算该时刻的飞机速度；
步骤S83：读取标校参数文件，根据载波频率计算波长；
步骤S84：读取分辨率评测过程中获得的角反射器地距分辨率；
步骤S85：根据雷达方程计算机载作用距离RP，其公式如下：
Figure BDA0003681148750000041
其中，NEσ0表示归一化等效噪声系数，Pt_p表示机载发射功率，Dp表示机载占空比，Gp表示机载天线增益，λp表示雷达信号波长，ρgr表示角反射器地距分辨率，Kwa_p和Kia_p分别表示机载方位展宽失配系数、斜地转换因子，k表示玻尔兹曼常数，T0表示标准噪声温度，Fn_p表示机载噪声系数，Ls_p表示机载机内损耗，Kd_L和Ke_L分别表示大气衰减系数、雨衰系数，Vp表示飞机飞行速度，θp表示机载前倾视角；
步骤S86：根据雷达方程能够直接得出弹载作用距离RD的计算公式，其在形式上与机载作用距离相同，如下所示：
Figure BDA0003681148750000051
或者根据机载作用距离，推算出弹载等效作用距离RD，公式如下：
Figure BDA0003681148750000052
其中，Pt_d表示弹载发射功率，Dd表示弹载占空比，Gd表示弹载天线增益，Kwa_d和Kia_d分别表示弹载方位展宽失配系数、斜地转换因子，Fn_d表示弹载噪声系数，Ls_d表示弹载机内损耗Vd表示导弹飞行速度，θd表示弹载前倾视角。
优选地，成像畸变计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件、几何形变配置文件、角反射器位置基础数据文件；
指标输出：相对几何形变量绝对值的均值、标准差、均方根误差和最大值；
步骤S91：读取SAR图像数据文件指定帧号的图像矩阵，行间隔和列间隔；
步骤S92：读取几何形变配置文件中角反射器的对数、各角反射器对在图像中的行号和列号；
步骤S93：对于某角反射器，在其周围3*3的矩阵内计算其几何中心；
步骤S94：计算角反射器对从图像中获取的距离值Lc，公式如下：
Figure BDA0003681148750000053
其中，Δx和Δy分别表示图像行、列间隔，(xca，yca)和(xcb，ycb)分别表示a、b角反射器在图像矩阵中的行数、列数；
步骤S95：读取角反射器位置基础数据文件中角反射器对a和b的编号，获取它们在北天东坐标系中的位置坐标，计算真实距离值Lt，公式如下：
Figure BDA0003681148750000054
其中，(xa，ya，za)与(xb，yb，zb)分别表示角反射器对a和b在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S96：计算相对几何形变量ΔL，公式如下：
Figure BDA0003681148750000055
步骤S97：计算得出所有角反射器对应的相对几何形变量取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值作为最终的指标值输出。
优选地，各地形测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值计算步骤如下：
数据输入：平飞测高数据文件、飞机基准数据文件、DEM基准数据文件；
指标输出：测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值，显示高度测量值、真值、误差曲线；
步骤S101：读取平飞测高数据文件指定帧测高结果、波束中心时刻和总帧数；
步骤S102：读取飞机基准数据文件离波束中心时刻最近的GPS时标和该时刻差分GPS天线的经度、纬度、高度坐标；
步骤S103：通过坐标转换，计算得出该时刻雷达天线阵面中心经度、纬度、高度坐标；
步骤S104：根据该时刻的雷达天线阵面中心经度、纬度，在DEM数据中进行插值计算，得到DEM基准数据高程；
步骤S105：计算当前帧的测高误差Δh，公式如下：
Δh＝∣hc-H′+hd∣ (8)；
其中，hc为测高结果，H′为雷达天线阵面中心高度坐标，hd为DEM基准数据高程；
步骤S106：计算得出所有数据帧的测高误差取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值；
测量信息延迟计算步骤如下：
数据输入：平飞测高数据文件；
指标输出：测量信息延迟的最大值；
步骤S111：加载平飞测高数据文件，读取第0帧的测高输出时刻，读取第1帧的测高输出时刻，计算得出前两帧的测量信息延迟；
步骤S112：利用步骤S111类似方法，计算得出后继数据帧间的测量信息延迟时间；
步骤S113：求解测量信息延迟的最大值，作为最终输出的指标值。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明可以根据仿真需求进入SAR模式界面输入数据文件和雷达的***参数，根据约束关系输出SAR成像相应指标、部分指标的明细、显示SAR微波图像并生成成像指标评测报告；可以根据仿真需求进入平飞测高模式界面输入数据文件和待测地形的起始点和终点的经纬度，并根据约束关系输出测高精度指标误差曲线以及生成测高指标评测报告。
本发明将SAR图像质量评估流程程序化，利用评价***对SAR成像质量做一个模拟评估，将会大大节约***设计人员和图像判读人员的时间与精力，具有快速、经济、安全、灵活的特点。
附图说明
图1为***总体架构设计流程图；
图2为合成孔径雷达成像质量评价***的模块功能图；
图3为成像分辨率计算流程图；
图4为峰值旁瓣比计算流程图；
图5为积分旁瓣比计算流程图；
图6为斜距精度计算流程图；
图7为多普勒精度计算流程图；
图8为实时性计算流程图；
图9为成像幅宽计算流程图；
图10为作用距离计算流程图；
图11为成像畸变计算流程图；
图12为平飞测高误差计算流程图；
图13为测量信息延迟计算流程图；
图14为***主界面图(SAR模式)；
图15为***主界面图(平飞测高模式)；
图16为加载数据文件(SAR模式)界面图；
图17为加载数据文件(平飞测高模式)界面图；
图18为***参数输入(SAR模式)界面图；
图19为***参数输入(平飞测高模式)界面图；
图20为***设置界面图；
图21为指标计算测试结果(SAR模式)图；
图22为指标计算测试结果(平飞测高模式)图；
图23为角反射器点扩散函数波形测试结果图；
图24为多普勒精度明细误差测试结果图；
图25为成像畸变明细误差测试结果图；
图26为生成SAR图像质量指标报告测试结果图；
图27为生成测高精度指标报告测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
SAR点目标质量评估
评价SAR区分相邻点目标能力的指标包括距离向和方位向成像分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比。在忽略噪声的情况下，SAR点目标的脉冲响应函数在距离向和方位向上与|sinc(x)|类似。在实际应用中，通常采用插值的方法使点目标脉冲响应函数的特性更加准确。
成像分辨率
成像分辨率表征了SAR图像区分两个相邻点目标、分辨图像细节的能力。距离向分辨率定义为距离向上相邻两个点的最小可分辨距离。距离向分辨率ρr的计算方法如下：
Figure BDA0003681148750000071
其中，B为雷达信号带宽，α为加权展宽因子，η为雷达入射角度，c为光速。
方位向分辨率定义为在同一条方位线可以分辨的两个目标间的最小距离。方位向分辨率ρa的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000072
其中，La表示天线长度，Vg表示雷达波束覆盖区内沿地面的移动速度，Vs表示雷达平台的移动速度，γω表示加窗时引入的主瓣展宽因子。
公式(2-1)、(2-2)为SAR***空间分辨率的理论表达式，实际上图像分辨率是通过计算***脉冲响应函数主瓣峰值的0.707倍处左右的宽度确定的。距离向、方位向分辨率的计算公式如下所示：
Figure BDA0003681148750000073
Figure BDA0003681148750000074
其中，Ar，-3dB与Aa，-3dB分别表示距离向、方位向脉冲响应函数主瓣峰值0.707倍宽度处相隔的像素个数，ρr，pixel与ρa，pixel分别表示距离向、方位向的像素分辨率。
峰值旁瓣比
峰值旁瓣比定义为脉冲响应函数的第一旁瓣峰值与主瓣峰值之比，其单位为分贝。峰值旁瓣比表征了强散射点“掩盖”弱散射点的程度，其值越小，图像质量越高。距离向、方位向峰值旁瓣比PLSRr、PLSRa的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000075
Figure BDA0003681148750000076
其中，Ar，s，max与Ar，m，max分别表示距离向脉冲响应函数的主瓣峰值和第一旁瓣峰值，Aa，s，max与Aa，m，max分别表示方位向脉冲响应函数的主瓣峰值和第一旁瓣峰值。
积分旁瓣比
积分旁瓣比定义为脉冲响应函数的所有旁瓣能量之和与主瓣能量之比，其单位也为分贝。积分旁瓣比表征了亮目标“掩盖”其周围较暗区域的程度，用于衡量图像的局部对比度。积分旁瓣比计算公式中的积分运算使得它更具稳定性，因此相对于峰值旁瓣比它是一种更加可靠的质量评估指标。距离向、方位向峰值旁瓣比ISLRr、ISLRa的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000081
Figure BDA0003681148750000082
其中，区间(a,b)表示主瓣所在位置，(-∞,a)与(b,+∞)表示旁瓣位置,Ar(x)与Aa(x)分别表示***距离向、方位向上的脉冲响应函数。
SAR面目标质量评估
SAR面目标质量指标的定义为通过图像上一部分区域获得的SAR图像评估指标，其反映的是SAR图像的统计特性。SAR面目标质量评估指标包括图像的均值、方差、等效视数、动态范围、辐射分辨率等。
均值
图像均值即为图像的平均灰度值。一般情况下，SAR图像中不同地貌、地物类型其均值是不同的。SAR图像均值μ的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000083
其中，Lr与La分别表示SAR图像的长、宽，A(r,a)表示SAR图像的灰度矩阵，其大小为r×a。
方差
方差表征了图像灰度值的波动程度，即图像色彩的不均匀性，人造的建筑、公路、景点等越多，图像中地貌差异越大，方差也就越大。SAR图像方差σ2的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000084
其中，μ表示SAR图像的均值，Lr与La分别表示图像的长、宽，A(r,a)表示SAR图像的灰度矩阵，其大小为r×a。
等效视数
等效视数表征了SAR图像上相干斑的强度。由于雷达信号在反射回来的过程中会因外界因素而衰减，实际的SAR图像会产生相干斑。每个散射点反射的雷达回波信号的相位与散射点的特性和散射点距传感器的距离有关，因此雷达信号回波具有随机性。由于一片区域内可能包含多个散射点，而每个散射点的回波信号的幅度和相位又是随机的，因此这些回波信号将会产生叠加。当这些回波信号同相相加时，图像上会产生亮点；当这些回波信号异相相加时，会相互抵消，产生SAR图像上较暗的点。等效视数ME的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000085
其中，μ表示SAR图像的均值，σ2表示SAR图像的方差。
动态范围
SAR图像动态范围定义为某一区域内的平均灰度值与背景区域平均灰度值之比，其单位为分贝。SAR图像动态范围越大，越有利于图像解译。SAR图像动态范围D的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000086
其中，
Figure BDA0003681148750000087
与
Figure BDA0003681148750000088
分别表示背景区域与目标区域内的平均灰度值。
辐射分辨率
辐射分辨率表征了回波信号的散射程度，其大小与SAR图像中相干斑噪声强度有关。辐射分辨率γ的计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000091
其中，σ表示SAR图像方差的二次方根，μ表示SAR图像的均值。
成像分辨率即为图像的实际分辨率。峰值旁瓣比和积分旁瓣比反映SAR图像旁瓣能量的高低。SAR点目标的频谱一般为矩形。常见的降低峰值旁瓣比和积分旁瓣比的方法是匹配滤波或加窗，但这样会使空间分辨率降低。
SAR面目标图像的均值、方差、等效视数、动态范围、辐射分辨率常用于比较相干斑噪声抑制算法以及图像增强算法的性能，理论上一般通过SAR点目标图像指标来评价SAR图像质量的好坏。常见的相干斑抑制算法包括：多视处理、贝叶斯重建算法、结构自适应滤波算法等。
理论上，利用理想点目标的脉冲响应函数来评估SAR图像点目标质量指标是可行的。实际进行SAR***性能测试时，常常利用角反射器得到脉冲响应函数，以此计算SAR图像的空间分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比。然而，实际测试中并不存在标准的角反射器，也就难以重构其脉冲响应函数。因此，在实际应用时通过理想点目标评估SAR图像质量指标存在较大的困难。
***总体架构及功能设计流程
图1为合成孔径雷达成像质量评价***的设计流程图。完整的设计流程包括以下几个方面：
(1)***总体架构设计：确定***中各模块所实现的功能，思考各模块之间如何建立联系、软件界面如何部署、数据文件的逻辑结构等，在此基础上选择合适的架构和开发平台。
(2)功能模块的设计与实现：主要完成***设置、加载SAR数据文件、输入SAR***参数、显示SAR图像、计算SAR图像质量指标、计算平飞测高指标等功能的设计与开发。
(3)功能正确性测试：在合成孔径雷达成像质量评价***正式运行前，必须进行***测试，发现***中的缺陷和错误并解决。
图2所示为合成孔径雷达成像质量评价***的模块功能图。从图中可看出，该***包括***设置、加载SAR数据文件、输入SAR***参数、显示SAR图像、计算SAR图像质量指标、计算平飞测高指标等基础功能。
***设置模块设计
设计该模块的主要目的是为了给用户提供更好的人机交互感，方便用户根据自己的实际情况使用该软件以得到更加理想的评测指标。具体设计功能如下：
(1)设置第一旁瓣边缘位置的原始像素：由于SAR图像数据中存储的图像脉冲响应函数数据其实是离散的，在取值时可能会刚好跳过主瓣或第一旁瓣边界所处像素点。为使评测指标计算结果更加准确，用户可根据自己的实际情况对该部分进行设置，确定第一旁瓣的边界位置来用于计算SAR图像的峰值旁瓣比和积分旁瓣比。
(2)选择.bin数据文件的存储方式：用户在往.bin文件中存储数据时分为从高地址存储和从低地址存储两种方式。为了防止由于用户数据文件的存储方式不同而造成的评测指标计算错误，用户需根据测试使用的.bin文件的存储方式对该部分进行设置。
(3)选择***退出时是否初始化：此部分的设置目的是优化程序的人机交互感。若用户在设置时选择“是”，则***在退出时会删除生成的.mat文件，清空保存在.txt文件中的指标计算结果、数据文件路径、SAR***参数等；若用户选择“否”，则***退出时会保留上述文件内容。
SAR数据加载模块设计
该模块要求用户加载计算成像指标与显示图像所需的数据文件，包括SAR图像数据文件、SAR斜距数据文件、SAR多普勒数据文件、平飞测高数据文件、角反射器基准数据文件、飞机基准数据文件、精度配置文件、信噪比配置文件、几何形变配置文件、标校参数文件。
数据文件格式要求
由于SAR图像数据文件、SAR斜距数据文件、SAR多普勒数据文件、平飞测高数据文件中存储着矩阵数据，数据个数较多，故采用二进制文件.bin来存储矩阵数据。其他数据文件中由于数据个数较少，均采用.txt文件来存储。数据文件具体格式如下：
(1)SAR图像数据文件：文件格式为.bin，主要存储每一帧的图像数据矩阵及成像特性指标，按顺序存储。每一帧数据具体格式如表3-1所示：
表3-1 SAR图像数据文件格式
Figure BDA0003681148750000101
(2)SAR斜距数据文件：文件格式为.bin，主要存储每一帧的图像上各像素点的斜距值，按顺序存储。每一帧数据具体格式如表3-2所示：
表3-2 SAR斜距数据文件格式
Figure BDA0003681148750000102
(3)SAR多普勒数据文件：文件格式为.bin，主要存储每一帧的图像上各像素点的多普勒值，按顺序存储。每一帧数据具体格式如表3-3所示：
表3-3 SAR多普勒数据文件格式
Figure BDA0003681148750000103
(4)平飞测高数据文件：文件格式为.bin，主要存储每一帧的测高指标用于计算测高误差，按顺序存储。每一帧数据具体格式如表3-4所示：
表3-4平飞测高数据文件格式
Figure BDA0003681148750000104
Figure BDA0003681148750000111
(5)角反射器位置基准数据文件：文件格式为.txt，主要存储每一个角反射器的坐标位置数据，按行存储。每一行数据具体格式如表3-5所示：
表3-5角反射器位置基准数据文件格式
Figure BDA0003681148750000112
(6)飞机位置基准数据文件：文件格式为.txt，主要存储飞机各时间点的坐标位置和坐标速度数据，按行存储。每行数据具体格式如表3-6所示：
表3-6飞机位置基准数据文件格式
Figure BDA0003681148750000113
(7)精度配置文件：文件格式为.txt，主要存储各角反射器在图像矩阵中的位置，按行存储。每行数据具体格式如表3-7所示：
表3-7精度配置文件格式
Figure BDA0003681148750000114
(8)信噪比配置文件：文件格式为.txt，主要存储各角反射器在图像矩阵中的位置及噪声区域位置。数据具体格式如表3-8所示：
表3-8信噪比配置文件格式
Figure BDA0003681148750000115
(9)几何形变配置文件：文件格式为.txt，主要存储各角反射器对在图像矩阵中的位置，按行存储。每行数据具体格式如表3-9所示：
表3-9几何形变配置文件格式
Figure BDA0003681148750000116
(10)标校参数文件：文件格式为.txt，主要存储雷达频率，雷达安装误差等信息。数据具体格式如表3-10所示：
表3-10标校参数文件格式
Figure BDA0003681148750000121
数据存储方式设计
读取的数据文件路径存储在SAR_datafile_fullname_list.txt文件中，计算评测指标所需的数据存储在.mat文件中，如表3-11所示：
表3-11存储数据.mat文件名称
Figure BDA0003681148750000122
SAR***参数输入模块设计
SAR数据文件可能包含多帧的数据且该软件只针对一帧的数据进行指标计算，因此用户需要输入帧号来计算对应帧号数据的评测指标。
由于雷达***各参数的单位不统一，故采用让用户手动输入的方式设置SAR***参数。SAR***参数主要用来计算雷达机载、弹载作用距离，具体参数如表3-12所示：
表3-12 SAR***参数
Figure BDA0003681148750000123
Figure BDA0003681148750000131
SAR图像质量指标计算模块设计
成像分辨率
计算流程如图3所示；
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向分辨率，方位向分辨率；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件中指定帧号图像数据矩阵、行间隔和列间隔；
(2)读取精度配置文件中角反射器的个数，在图像中的行号和列号；
(3)在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值。保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
(4)对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
(5)分别记录行矢量(列矢量)幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，得到边界间相隔的像素数。再将所得像素数乘以列间隔(行间隔)，得到当前角反射器的方位向分辨率(距离向分辨率)；
(6)通过上述方法得出所有角反射器的方位向分辨率和距离向分辨率，将所有计算结果求平均值后作为最终的指标值输出。
峰值旁瓣比
计算流程如图4所示；
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向峰值旁瓣比，方位向峰值旁瓣比；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
(2)读取精度配置文件中角反射器的个数，在图像中的行号和列号；
(3)在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值。保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
(4)对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
(5)对行矢量(列矢量)，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率(距离向分辨率)的两个边界。将最大值与方位向分辨率(距离向分辨率)边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界。将主瓣两侧第一旁瓣峰值中的最大值除以行矢量(列矢量)的最大值，得到当前角反射器的方位向峰值旁瓣比(距离向峰值旁瓣比)；
(6)通过上述方法得出所有角反射器的方位向峰值旁瓣比和距离向峰值旁瓣比，将所有角反射器的计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
积分旁瓣比
计算流程如图5所示；
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向积分旁瓣比，方位向积分旁瓣比；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
(2)读取精度配置文件中角反射器的个数，在图像中的行号和列号；
(3)在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值。保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
(4)对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
(5)对行矢量(列矢量)，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率(距离向分辨率)的两个边界。将最大值与方位向分辨率(距离向分辨率)边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界，计算主瓣能量和；
(6)对行矢量(列矢量)，将最大值所在的序号减去、加上原始间隔像素数*插值倍数，得到旁瓣边界，计算得到主瓣两侧所有旁瓣的能量和；
(7)将主瓣能量和除以所有旁瓣的能量和，得到当前角反射器的方位向积分旁瓣比(距离向积分旁瓣比)；
(8)通过上述方法得出所有角反射器的方位向积分旁瓣比和距离向积分旁瓣比，将计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
斜距精度
计算流程如图6所示；
数据输入：SAR斜距数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：斜距误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
计算步骤：
(1)读取斜距数据文件指定帧号的斜距数据矩阵；
(2)读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
(3)在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号；
(4)在斜距数据矩阵中寻找该行号和列号对应的斜距测量值；
(4)读取图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
(5)加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标；
(6)通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标；
(7)读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
(8)取角反射器的位置坐标向量减去雷达天线阵面中心的位置坐标位置向量的奇异值作为角反射器对应的斜距真实值；
(9)根据当前角反射器对应的斜距测量值、斜距真实值，计算当前角反射器的斜距误差并取绝对值；
(10)求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
多普勒精度
计算流程如图7所示；
数据输入：SAR多普勒数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：多普勒误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
计算步骤：
(1)读取多普勒数据文件指定帧号的多普勒数据矩阵；
(2)读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
(3)在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号，寻找多普勒数据矩阵该行号和列号对应的角反射器多普勒测量值；
(4)读取SAR图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
(5)加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
(6)通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
(7)读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
(8)计算角反射器对应的多普勒真实值fdc，计算公式如下：
Figure BDA0003681148750000151
其中，(Vx，Vy，Vz)和(xt，yt，zt)分别为雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的速度坐标和位置坐标，(x0，y0，z0)为角反射器在北天东坐标系中的位置坐标，λ为雷达信号波长，R为该角反射器的斜距真实值；
(9)将当前角反射器对应的多普勒测量值、多普勒真实值做差，得出当前角反射器对应的多普勒误差，对误差取绝对值；
(10)求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
实时性
计算流程如图8所示；
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：成像周期、干涉条纹生成时间；
计算步骤：
(1)加载图像数据文件，读取第0帧的成像中心时刻、成像开始时刻、干涉条纹完成时刻，读取第1帧的成像中心时刻。干涉条纹完成时刻减去成像开始时刻，为第0帧的干涉条纹生成时间。第1帧的成像中心时刻减去第0帧的成像中心时刻，为第0帧的成像周期；
(2)计算其余帧的干涉条纹生成时间和成像周期，将所有帧的结果求取最大值后作为最终的指标值输出。
成像幅宽
计算流程如图9所示；
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：距离成像幅宽、方位成像幅宽、面积比；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件指定帧的图像矩阵，行间隔和列间隔；
(2)以图像矩阵中所有元素之和与图像矩阵中非零元素个数之比为中值，将小于中值的元素置零，大于中值的元素置一，再通过闭运算填补矩阵的零元素处，得到一个二值矩阵；
(3)对二值矩阵进行区域生长后，计算所有合并区域面积之和、雷达区域上下/左右坐标间的元素个数；
(4)将雷达区域上下/左右坐标间的元素个数乘以行/列间隔得到距离/方位成像幅宽，将二值矩阵连通区域面积除以其大小得到面积比；
(5)计算得出所有帧的距离成像幅宽、方位成像幅宽和面积比，将所有帧的结果求均值后作为最终的指标值输出。
作用距离
计算流程如图10所示；
数据输入：SAR图像数据文件、信噪比配置文件；
用户输入：角反射器RCS、玻尔兹曼常数、标准噪声温度、雨衰系数、大气衰减系数、归一化等效噪声系数、机载/弹载噪声系数、机载/弹载机内损耗、机载/弹载天线增益、机载/弹载天线罩损耗、机载/弹载前倾视角、机载/弹载占空比、机载/弹载发射功率、机载/弹载方位斜地转换因子、机载/弹载方位展宽失配系数、弹载飞行速度；
指标输出：机载作用距离、弹载等效作用距离；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件中指定帧的成像中心时刻；
(2)读取飞机基准数据文件查找与成像中心时刻最接近的GPS时标，读取飞机在该时标的北天东速度坐标，计算该时刻的飞机速度；
(3)读取标校参数文件，根据载波频率计算波长；
(4)读取分辨率评测过程中获得的角反射器地距分辨率；
(5)根据雷达方程计算机载作用距离RP，其公式如下：
Figure BDA0003681148750000161
其中，NEσ0表示归一化等效噪声系数，Pt_p表示机载发射功率，Dp表示机载占空比，Gp表示机载天线增益，λp表示雷达信号波长，ρgr表示角反射器地距分辨率，Kwa_p和Kia_p分别表示机载方位展宽失配系数、斜地转换因子，k表示玻尔兹曼常数，T0表示标准噪声温度，Fn_p表示机载噪声系数，Ls_p表示机载机内损耗，Kd_L和Ke_L分别表示大气衰减系数、雨衰系数，Vp表示飞机飞行速度，θp表示机载前倾视角；
从公式可以看出，机载作用距离需要用求方程的解的方法来计算求得；
(6)根据雷达方程可以直接得出弹载作用距离RD的计算公式，其在形式上与机载作用距离相同，如下所示：
Figure BDA0003681148750000162
或者可以根据机载作用距离，推算出弹载等效作用距离RD，公式如下：
Figure BDA0003681148750000163
其中，Pt_d表示弹载发射功率，Dd表示弹载占空比，Gd表示弹载天线增益，Kwa_d和Kia_d分别表示弹载方位展宽失配系数、斜地转换因子，Fn_d表示弹载噪声系数，Ls_d表示弹载机内损耗Vd表示导弹飞行速度，θd表示弹载前倾视角。
从公式可以看出，弹载等效作用距离也需要用求方程的解的方法计算。
成像畸变
计算流程如图11所示；
数据输入：SAR图像数据文件、几何形变配置文件、角反射器位置基础数据文件；
指标输出：相对几何形变量绝对值的均值、标准差、均方根误差和最大值；
计算步骤：
(1)读取SAR图像数据文件指定帧号的图像矩阵，行间隔和列间隔；
(2)读取几何形变配置文件中角反射器的对数、各角反射器对在图像中的行号和列号；
(3)对于某角反射器，在其周围3*3的矩阵内计算其几何中心；
(4)计算角反射器对从图像中获取的距离值Lc，公式如下：
Figure BDA0003681148750000164
其中，Δx和Δy分别表示图像行、列间隔，(xca，yca)和(xcb，ycb)分别表示a、b角反射器在图像矩阵中的行数、列数；
(5)读取角反射器位置基础数据文件中角反射器对a和b的编号，获取它们在北天东坐标系中的位置坐标，计算真实距离值Lt，公式如下：
Figure BDA0003681148750000171
其中，(xa，ya，za)与(xb，yb，zb)分别表示角反射器对a和b在北天东坐标系中的位置坐标；
(7)计算相对几何形变量ΔL，公式如下：
Figure BDA0003681148750000172
(8)计算所有角反射器对应的相对几何形变量取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值作为最终的指标值输出。
平飞测高指标计算模块设计
平飞测高误差
计算流程如图12所示；
数据输入：平飞测高数据文件、飞机基准数据文件、DEM基准数据文件；
指标输出：测高误差绝对值的均值、标准差、均方根误差、最大值；
计算步骤：
(1)读取平飞测高数据文件指定帧测高结果、波束中心时刻和总帧数；
(2)读取飞机基准数据文件离波束中心时刻最近的GPS时标和该时刻差分GPS天线的经度、纬度、高度坐标；
(3)通过坐标转换，得该时刻雷达天线阵面中心经度、纬度、高度坐标；
(4)根据该时刻的雷达天线阵面中心经度、纬度，在DEM数据中进行插值计算，得到DEM基准数据高程；
(5)计算当前帧的测高误差Δh，公式如下：
Δh＝∣hc-H′+hd∣ (8)；
其中，hc为测高结果，H′为雷达天线阵面中心高度坐标，hd为DEM基准数据高程；
(6)计算得出所有数据帧的测高误差取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值。
测量信息延迟
计算流程如图13所示；
数据输入：平飞测高数据文件；
指标输出：测量信息延迟的最大值；
计算步骤：
(1)加载平飞测高数据文件，读取第0帧的测高输出时刻，读取第1帧的测高输出时刻，计算得出前两帧的测量信息延迟；
(2)利用步骤(1)类似方法，计算得出后继数据帧间的测量信息延迟时间；
(3)求解测量信息延迟的最大值，作为最终输出的指标值。
SAR图像质量指标评测各子模块设计结果
通过之前对SAR图像质量指标评价***的总体框架设计，并与评价***各功能模块的需求相结合，本***主要作用是计算SAR图像质量指标。该***包括***设置模块、SAR数据加载模块、SAR***参数输入模块、SAR图像显示模块、SAR图像质量指标计算模块、平飞测高指标计算模块等模块，同时还具有生成评测报告的功能。
***主界面
图14为SAR图像质量指标评测模式主界面。该界面主要包含：加载SAR数据文件、输入SAR***参数、显示成像结果、计算成像指标、显示指标明细、生成评测报告这几部分。图15为平飞测高模式主界面。该界面主要包含：加载测高数据文件、输入相关参数、计算测高指标、显示误差曲线、生成评测报告这几部分。
SAR数据文件加载界面
点击主界面“打开加载窗口”按钮后，会跳出SAR数据文件加载界面，如图16所示，若没有数据文件加载，主界面的当前状态会显示“未加载”；若没有全部加载，会显示“加载不全”；若数据文件全部加载，则会显示“成功加载”。上述为SAR模式下加载数据文件的情况，平飞测高模式下加载数据文件同理，如图17所示。
SAR***参数输入界面
点击主界面“打开输入窗口”后，会跳出SAR***参数输入界面如图18所示，若没有参数输入，当前状态会显示“未输入”；若没有全部输入，会显示“输入不全”；若参数全部输入，会显示“成功输入”。上述为SAR模式下输入相关参数的情况，平飞测高模式下输入相关参数同理，如图19所示。
***设置界面
***设置界面如图20所示。该模块具有设置第一旁瓣边缘位置的原始像素、选择.bin数据文件的存储方式和选择***退出时是否初始化的功能。
***测试结果
测试采用的数据文件均为模拟生成，非真实数据。该软件所有测试结果如表4-1所示。图21、22、23、24、25、26、27分别为计算SAR模式指标计算、平飞测高模式指标计算、角反射器点扩散函数波形、多普勒精度明细误差、成像畸变明细误差、生成图像质量指标报告和测高精度指标报告的测试结果图。
表4-1软件功能测试结果
Figure BDA0003681148750000181
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：包括***设置模块、SAR数据加载模块、SAR***参数输入模块、SAR图像显示模块、SAR图像质量指标计算模块和平飞测高指标计算模块；
***设置模块，被配置为用于给用户提供更好的人机交互感，得到更加理想的评测指标；
SAR数据加载模块，被配置为用于加载计算成像指标与显示图像所需的数据文件；
SAR***参数输入模块，被配置为供用户输入被评测***的相关参数，并根据输入帧号来计算对应帧号数据的评测指标；
SAR图像显示模块，被配置为用于显示SAR成像结果以及该微波图像对应的幅宽图；
SAR图像质量指标计算模块，被配置为用于计算SAR图像质量指标，并生成成像指标评测报告；
平飞测高指标计算模块，被配置为用于计算平飞测高精度指标，并生成测高指标评测报告。
2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：SAR图像质量指标，包括成像分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、斜距精度、多普勒精度、实时性、成像幅宽、作用距离和成像畸变；
平飞测高精度指标，包括各地形测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值、测量信息延迟和飞行方向地距间隔。
3.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：成像分辨率计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向分辨率，方位向分辨率；
步骤S11：读取SAR图像数据文件中指定帧号图像数据矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S12：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S13：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值，保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S14：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S15：记录行矢量幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，得到边界间相隔的像素数，再将所得像素数乘以列间隔，得到当前角反射器的方位向分辨率；
记录列矢量幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，得到边界间相隔的像素数，再将所得像素数乘以行间隔，得到当前角反射器的距离向分辨率；
步骤S16：通过步骤S11-步骤S15，得出所有角反射器的方位向分辨率和距离向分辨率，将所有计算结果求平均值后作为最终的指标值输出；
峰值旁瓣比的计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向峰值旁瓣比，方位向峰值旁瓣比；
步骤S21：读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S22：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S23：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值，保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S24：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S25：对行矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率的两个边界；将最大值与方位向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界；将主瓣两侧第一旁瓣峰值中的最大值除以行矢量的最大值，得到当前角反射器的方位向峰值旁瓣比；
对列矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定距离向分辨率的两个边界；将最大值与距离向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界；将主瓣两侧第一旁瓣峰值中的最大值除以列矢量的最大值，得到当前角反射器的距离向峰值旁瓣比；
步骤S26：通过步骤S21-步骤S25，得出所有角反射器的方位向峰值旁瓣比和距离向峰值旁瓣比，将所有角反射器的计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
4.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：积分旁瓣比计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件，精度配置文件；
指标输出：距离向积分旁瓣比，方位向积分旁瓣比；
步骤S31：读取SAR图像数据文件中指定帧号的图像矩阵、行间隔和列间隔；
步骤S32：读取精度配置文件中角反射器的个数、在图像中的行号和列号；
步骤S33：在以角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值。保存该最大值所在行和列的数据，形成行矢量和列矢量；
步骤S34：对行矢量和列矢量中的数据进行倍数为16的插值运算；
步骤S35：对行矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定方位向分辨率的两个边界；将最大值与方位向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界，计算主瓣能量和；
对列矢量，从最大值向两边查找，分别记录幅度值下降到最大值0.707倍以下的第1个像素，作为确定距离向分辨率的两个边界；将最大值与距离向分辨率边界间相隔的像素数乘以2，得到主瓣边界，计算主瓣能量和；
步骤S36：对行矢量或列矢量，将最大值所在的序号减去、加上原始间隔像素数*插值倍数，得到旁瓣边界，计算得到主瓣两侧所有旁瓣的能量和；
步骤S37：将主瓣能量和除以所有旁瓣的能量和，得到当前角反射器的方位向积分旁瓣比或距离向积分旁瓣比；
步骤S38：通过步骤S31-步骤S37，得出所有角反射器的方位向积分旁瓣比和距离向积分旁瓣比，将计算结果求分贝值后再取平均作为最终的指标值输出。
5.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：斜距精度计算步骤如下：
数据输入：SAR斜距数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：斜距误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
步骤S41：读取斜距数据文件指定帧号的斜距数据矩阵；
步骤S42：读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
步骤S43：在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号；
步骤S44：在斜距数据矩阵中寻找该行号和列号对应的斜距测量值；
步骤S45：读取图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
步骤S46：加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S47：通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S48：读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S49：取角反射器的位置坐标向量减去雷达天线阵面中心的位置坐标位置向量的奇异值作为角反射器对应的斜距真实值；
步骤S410：根据当前角反射器对应的斜距测量值、斜距真实值，计算当前角反射器的斜距误差并取绝对值；
步骤S411：求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
6.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：多普勒精度计算步骤如下：
数据输入：SAR多普勒数据文件、SAR图像数据文件、精度配置文件、飞机基准数据文件、角反射器位置基准数据文件；
指标输出：多普勒误差绝对值的均值、标准差、均方根误差；
步骤S51：读取多普勒数据文件指定帧号的多普勒数据矩阵；
步骤S52：读取精度配置文件中角反射器的个数、每个角反射器在图像中的行号和列号；
步骤S53：在角反射器周围3*3矩阵中寻找图像强度最大值对应的行号和列号，寻找多普勒数据矩阵该行号和列号对应的角反射器多普勒测量值；
步骤S54：读取SAR图像数据文件指定帧号的成像中心时刻；
步骤S55：加载飞机基准数据文件，得到离指定帧成像中心时刻最近的时刻，再寻找该时刻飞机差分GPS天线在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
步骤S56：通过坐标转换，得到该时刻雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的位置坐标和速度坐标；
步骤S57：读取角反射器位置基准数据文件中当前角反射器在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S58：计算角反射器对应的多普勒真实值fdc，计算公式如下：
Figure FDA0003681148740000041
其中，(Vx，Vy，Vz)和(xt，yt，zt)分别为雷达天线阵面中心在北天东坐标系中的速度坐标和位置坐标，(x0，y0，z0)为角反射器在北天东坐标系中的位置坐标，λ为雷达信号波长，R为该角反射器的斜距真实值；
步骤S59：将当前角反射器对应的多普勒测量值、多普勒真实值做差，得出当前角反射器对应的多普勒误差，对误差取绝对值；
步骤S510：求取所有角反射器误差绝对值的均值、标准差、均方根误差，作为最终的指标值输出。
7.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：实时性计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：成像周期、干涉条纹生成时间；
步骤S61：加载图像数据文件，读取第0帧的成像中心时刻、成像开始时刻、干涉条纹完成时刻，读取第1帧的成像中心时刻；干涉条纹完成时刻减去成像开始时刻，为第0帧的干涉条纹生成时间；第1帧的成像中心时刻减去第0帧的成像中心时刻，为第0帧的成像周期；
步骤S62：计算其余帧的干涉条纹生成时间和成像周期，将所有帧的结果求取最大值后作为最终的指标值输出；
成像幅宽计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件；
指标输出：距离成像幅宽、方位成像幅宽、面积比；
步骤S71：读取SAR图像数据文件指定帧的图像矩阵，行间隔和列间隔；
步骤S72：以图像矩阵中所有元素之和与图像矩阵中非零元素个数之比为中值，将小于中值的元素置零，大于中值的元素置一，再通过闭运算填补矩阵的零元素处，得到一个二值矩阵；
步骤S73：对二值矩阵进行区域生长后，计算所有合并区域面积之和、雷达区域上下/左右坐标间的元素个数；
步骤S74：将雷达区域上下/左右坐标间的元素个数乘以行/列间隔得到距离/方位成像幅宽，将二值矩阵连通区域面积除以其大小得到面积比；
步骤S75：计算得出所有帧的距离成像幅宽、方位成像幅宽和面积比，将所有帧的结果求均值后作为最终的指标值输出。
8.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：作用距离计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件、信噪比配置文件；
用户输入：角反射器RCS、玻尔兹曼常数、标准噪声温度、雨衰系数、大气衰减系数、归一化等效噪声系数、机载/弹载噪声系数、机载/弹载机内损耗、机载/弹载天线增益、机载/弹载天线罩损耗、机载/弹载前倾视角、机载/弹载占空比、机载/弹载发射功率、机载/弹载方位斜地转换因子、机载/弹载方位展宽失配系数、弹载飞行速度；
指标输出：机载作用距离、弹载等效作用距离；
步骤S81：读取SAR图像数据文件中指定帧的成像中心时刻；
步骤S82：读取飞机基准数据文件查找与成像中心时刻最接近的GPS时标，读取飞机在该时标的北天东速度坐标，计算该时刻的飞机速度；
步骤S83：读取标校参数文件，根据载波频率计算波长；
步骤S84：读取分辨率评测过程中获得的角反射器地距分辨率；
步骤S85：根据雷达方程计算机载作用距离RP，其公式如下：
Figure FDA0003681148740000061
其中，NEσ0表示归一化等效噪声系数，Pt_p表示机载发射功率，Dp表示机载占空比，Gp表示机载天线增益，λp表示雷达信号波长，ρgr表示角反射器地距分辨率，Kwa_p和Kia_p分别表示机载方位展宽失配系数、斜地转换因子，k表示玻尔兹曼常数，T0表示标准噪声温度，Fn_p表示机载噪声系数，Ls_p表示机载机内损耗，Kd_L和Ke_L分别表示大气衰减系数、雨衰系数，Vp表示飞机飞行速度，θp表示机载前倾视角；
步骤S86：根据雷达方程能够直接得出弹载作用距离RD的计算公式，其在形式上与机载作用距离相同，如下所示：
Figure FDA0003681148740000062
或者根据机载作用距离，推算出弹载等效作用距离RD，公式如下：
Figure FDA0003681148740000063
其中，Pt_d表示弹载发射功率，Dd表示弹载占空比，Gd表示弹载天线增益，Kwa_d和Kia_d分别表示弹载方位展宽失配系数、斜地转换因子，Fn_d表示弹载噪声系数，Ls_d表示弹载机内损耗Vd表示导弹飞行速度，θd表示弹载前倾视角。
9.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：成像畸变计算步骤如下：
数据输入：SAR图像数据文件、几何形变配置文件、角反射器位置基础数据文件；
指标输出：相对几何形变量绝对值的均值、标准差、均方根误差和最大值；
步骤S91：读取SAR图像数据文件指定帧号的图像矩阵，行间隔和列间隔；
步骤S92：读取几何形变配置文件中角反射器的对数、各角反射器对在图像中的行号和列号；
步骤S93：对于某角反射器，在其周围3*3的矩阵内计算其几何中心；
步骤S94：计算角反射器对从图像中获取的距离值Lc，公式如下：
Figure FDA0003681148740000071
其中，Δx和Δy分别表示图像行、列间隔，(xca，yca)和(xcb，ycb)分别表示a、b角反射器在图像矩阵中的行数、列数；
步骤S95：读取角反射器位置基础数据文件中角反射器对a和b的编号，获取它们在北天东坐标系中的位置坐标，计算真实距离值Lt，公式如下：
Figure FDA0003681148740000072
其中，(xa，ya，za)与(xb，yb，zb)分别表示角反射器对a和b在北天东坐标系中的位置坐标；
步骤S96：计算相对几何形变量ΔL，公式如下：
Figure FDA0003681148740000073
步骤S97：计算得出所有角反射器对应的相对几何形变量取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值作为最终的指标值输出。
10.根据权利要求2所述的合成孔径雷达成像质量指标评价***，其特征在于：各地形测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值计算步骤如下：
数据输入：平飞测高数据文件、飞机基准数据文件、DEM基准数据文件；
指标输出：测高结果的误差均值、误差标准差、均方根误差、误差最大值，显示高度测量值、真值、误差曲线；
步骤S101：读取平飞测高数据文件指定帧测高结果、波束中心时刻和总帧数；
步骤S102：读取飞机基准数据文件离波束中心时刻最近的GPS时标和该时刻差分GPS天线的经度、纬度、高度坐标；
步骤S103：通过坐标转换，计算得出该时刻雷达天线阵面中心经度、纬度、高度坐标；
步骤S104：根据该时刻的雷达天线阵面中心经度、纬度，在DEM数据中进行插值计算，得到DEM基准数据高程；
步骤S105：计算当前帧的测高误差Δh，公式如下：
Δh＝|hc-H′+hd| (8)；
其中，hc为测高结果，H′为雷达天线阵面中心高度坐标，hd为DEM基准数据高程；
步骤S106：计算得出所有数据帧的测高误差取绝对值后，计算其均值、标准差、均方根误差、最大值；
测量信息延迟计算步骤如下：
数据输入：平飞测高数据文件；
指标输出：测量信息延迟的最大值；
步骤S111：加载平飞测高数据文件，读取第0帧的测高输出时刻，读取第1帧的测高输出时刻，计算得出前两帧的测量信息延迟；
步骤S112：利用步骤S111类似方法，计算得出后继数据帧间的测量信息延迟时间；
步骤S113：求解测量信息延迟的最大值，作为最终输出的指标值。
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