合成孔径雷达不受昼夜和气候的影响,是一种高分辨的微波成像雷达,能够实现全天时、全天候和大面积远距离对地成像。其对国民经济建设和国防技术发展都有非常重大的意义,因此具备广阔的应用前景和极其重要的研究价值。合成孔径雷达遥感影像的辐射标定和几何校正是其进行定量化应用的前提。由于未能够很好地对SAR影像进行辐射标定和几何校正,从而导致合成孔径雷达技术在我国的大规模应用及产业化进程较慢。卫星发射入轨后都需经过调试验证定标过程,且该阶段时间有限,尤其对于商业卫星而言。角反射器作为SAR影像辐射标定的参考目标和几何校正的地面控制点,为了在有限的时间和有限的定标场内获得更多的测试数据,希望其3dB宽度能够覆盖该卫星SAR天线所有模式对应的入射范围,此时就需通过仿真计算获得角反射器的RCS。本文首先给出开展角反射器RCS计算研究的重要性;随后介绍雷达散射截面的理论基础,主要包括RCS的定义与分类以及腔体结构常用的RCS计算方法,如时域有限差分法、矩量法、导波模式法、弹跳射线法、高斯波束法和复射线法。由于SAR角反射器作为电大尺寸目标,上述常用的RCS计算方法均效率低下,且需消耗大量的计算机资源,针对平板结构的SAR角反射器,本文结合几何光学和Gordan面元积分法提出一种角反射器RCS的快速计算方法。本文提出的快速计算方法无需再对平板进行任何的剖分,只需应用几何光学对光线进行追迹获得每次照亮的区域,然后分别对其进行围线积分,最后将积分结果进行累加得出最终的RCS。对上述的RCS快速计算方法进行验证,首先比较二面角反射器RCS的计算,在高频区域,无论二面角是锐角、直角或钝角,本文结果与FEKO仿真结果和文献结果相差均在0.3dBsm以下;再比较SAR辐射标定中最常用的三面角反射器,本文结果与FEKO-MLFMM仿真结果的差异均小于0.45dBsm,尤其在俯仰角ψ:20°~80°和方位角θ;20°～80°范围内其差异均小于0.1dBsm,因为在该角度范围边缘绕射影响极小且是SAR角反射器实际使用的区域。此外进行仿真效率的比对,本文方法比FEKO中MLFMM和PO算法的计算时间分别缩短近413倍、4696倍(二面角反射器)和383倍、9174倍(三面角反射器),且本文方法占计算机资源极少,而本文所列的FEKO仿真结果均在4核8线程CPU和32GB内存下运行计算得到。最后通过微波暗室来检验仿真结果,本次试验采用RCS扫频测试系统,其为实现高精度测量采用时域功能,并能降低测试环境的要求,试验结果与本文结果差异均小于0.5dBsm。可见,本文方法是正确的,并大大节约计算时间,减小内存消耗,显著地提高仿真效率,且相比于高昂的试验费用,仿真算法更具经济性。通过应用上述的RCS快速计算方法对角反射器进行大量仿真发现,SAR天线入射波的频率和角反射器的整体尺寸仅改变了角反射器RCS的大小,而未改变其3dB的宽度和位置,但可以通过改变棱长比对目前常规的三条棱边等长型的角反射器进行优化设计以提高其3dB宽度。此外,当改变角反射器的安置角度时,其3dB线样式也会发生变化。基于上述规律,本文采用改变棱长比和安置角度相结合的方法对TTCR进行优化设计,以获得尽可能大的3dB宽度。首先利用RCS快速仿真算法获得了大量不同棱长比的3dB数据(固定棱长a=1m,棱长b以0.1m为间隔从0.2m取至5.5m),再根据SAR天线的入射角范围调整安置角度,使得3dB宽度能够覆盖SAR天线在当地的入射角。本次试验定位于武汉郊区,并选用TerraSAR-X卫星进行拍摄,当选择棱长比为1:1:1.1,安置仰角为4.7°时,实现角反射器安置角度对SAR天线的入射方向无关,即无需再根据SAR天线的当地入射角反复调整角反射器的安置角度。本文将棱长比和安置角度进行优化设计后的角反射器应用于试验区。首先采用积分法对TerraSAR-X影像进行辐射标定处理,相对辐射标定精度达到0.29dB,绝对辐射标定精度达到0.32dB,分别优于TerraSAR-X技术文档给出的0.3dB和0.6dB。然后应用TerraSAR-X卫星的距离-多普勒定位模型和仿射变换模型,对TerraSAR-X的SAR影像进行几何校正。通过比较不同的映射校正模型,发现在试验区域(丘陵地带),仿射变换模型是比多项式模型更好的方法,用更少的控制点,能达到更高的精度。此外,对SAR影像像素进行内插和质心提取能较大程度提高几何校正精度,距离向精度为0.3m,方位向精度为0.4m,略优于TerraSAR-X技术文档中给出的精度(距离向、方位向精度分别为0.3m、0.5m)。最后通过比较有方位角偏差的CR和正入射CR点之间的RCS差值,说明该角反射器在14°～59°入射角范围内3dB宽度大于36°,方位向3dB宽度大于TerraSAR-X卫星SAR天线在当地的方位向跨度(27.35°),即其可以覆盖TerraSAR-X卫星在试验区域的所有过境情况,能够大大减小在SAR影像辐射标定时角反射器需要反复调整的复杂程度,提高角反射器使用效率。