一種變參數(shù)大斜視星載聚束sar系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)技術領域，具體是指 一種變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 星載聚束SAR是一種高分辨率對地觀測微波成像工具，傳統(tǒng)的星載SAR系統(tǒng)的參數(shù) 設計需依據(jù)雷達成像模式進行，再由雷達平臺的系統(tǒng)參數(shù)、空間幾何構型選擇合適的成像 處理方法。但對于大斜視數(shù)據(jù)獲取構型下的星載聚束SAR系統(tǒng)，大部分成像處理方法均因由 大斜視構型在回波信號中引入的強烈的二維耦合而失效。極坐標格式算法(Polar Format Algorithm，PFA)具備處理大斜視聚束SAR數(shù)據(jù)的潛力，其依據(jù)解線調(diào)頻后信號在時、頻域的 等效特性，在波數(shù)域校正回波的二維親合，最后利用快速傅里葉變換（Fast Fourier TranSf〇rm，F(xiàn)FT)實現(xiàn)圖像聚焦。但大斜視的數(shù)據(jù)獲取構型將導致有效的距離波數(shù)帶寬遠小 于單獨的方位采樣時刻的距離波數(shù)帶寬，這將導致距離向分辨率的惡化，嚴重情況下有效 的距離波數(shù)帶寬可能為零，此時則不能完成成像處理。針對上述缺陷，專利申請人提出了一 種基于時變參數(shù)的星載大斜視聚束SAR系統(tǒng)，從系統(tǒng)設計層面調(diào)整回波在波數(shù)域的分布，進 而可采用PFA算法完成高分辨的成像處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為解決變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的設計問題，提出了一套 完整的變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法。本方法在進行系統(tǒng)參數(shù)設計的過 程中同時考慮了二維分辨率需求、二維無混疊采樣和無發(fā)射脈沖遮擋和無星下點回波干擾 對系統(tǒng)參數(shù)設計的約束，給出了滿足對地觀測任務的最小的二維采樣點數(shù)，這樣可將運算 量控制在最小的程度，使系統(tǒng)成像處理效率最大化。
[0004] 本發(fā)明的一種變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下幾個步 驟：
[0005] 步驟一、獲取對地觀測任務的基本參數(shù)，包括目標場景參數(shù)、雷達發(fā)射信號的基本 參考參數(shù)、雷達空間采樣的基本參數(shù)和信號過采樣因子。
[0006] 步驟二、計算由步驟一中各項基本參數(shù)導出的SAR系統(tǒng)參數(shù)，包括雷達發(fā)射信號導 出參數(shù)、二維信號采樣導出參數(shù)和空間采樣導出參數(shù)。
[0007] 步驟三、依據(jù)輸入的軌道采樣點序列利用最小二乘法擬合衛(wèi)星軌道坐標的多項 式，估計符合方位分辨率需求的衛(wèi)星軌道的起始采樣點的時間刻度^*_和終止采樣點的時 間刻度t end。
[0008] 步驟四、設定方位采樣點數(shù)，計算均勻方位采樣條件下的采樣時間間隔，對介于 tstart與tmd之間的衛(wèi)星坐標序列升采樣Μ倍后計算各點相對于場景中心的地表偏角序列 Qdense 〇
[0009] 步驟五、計算與方位采樣點數(shù)對應的、滿足回波數(shù)據(jù)在波數(shù)域沿方位向均勻分布 的地表偏角序列atgt，依據(jù)atgt確定空變的衛(wèi)星采樣位置序列?3^，計算匕^各采樣位置與場 景中心的斜距序列Rcf，計算PsatF的時間采樣間隔序列IsatF。
[0010]步驟六、驗證Psat^否滿足無發(fā)射脈沖遮擋和無星下點回波干擾的約束條件。若 不滿足約束，以A Na為步長增大方位采樣點數(shù)，以步驟四至步驟六進行迭代運算，當PsatF同 時滿足無發(fā)射脈沖遮擋和無星下點回波干擾的約束條件，或方位采樣點數(shù)達到迭代上限 時，停止迭代運算。
[0011]步驟七、根據(jù)PsatF與場景中心點的相對位置關系，計算雷達平臺參數(shù)的時變調(diào)整 規(guī)律。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0013] (1)提出了一種變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設計方法，為變參數(shù)大 斜視星載聚束SAR的系統(tǒng)設計提供了理論基礎與實現(xiàn)方法；
[0014] (2)本方法考慮了二維分辨特性、無混疊采樣和無發(fā)射脈沖遮擋、無星下點回波干 擾對系統(tǒng)平臺參數(shù)、空間采樣參數(shù)的約束，可對目標場景的回波進行完整接收；
[0015] (3)本方法基于二維解線調(diào)頻后信號的時頻等效特性，設計了時變的雷達平臺參 數(shù)用于校正大斜視條件有強空變特性的距離波數(shù)，使聚焦后圖像具有良好的距離向分辨能 力。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明中求取過場景中心垂直于地球表面的單位向量的示意圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明中求取衛(wèi)星軌道的起始、終止采樣點的時間刻度的方法流程圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明中完成雷達平臺參數(shù)調(diào)整后回波在波數(shù)域分布的示意圖。
[0020] 圖5是本發(fā)明實施例中衛(wèi)星的空間采樣序列坐標的示意圖；
[0021] 圖6是本發(fā)明實施例中實際地表偏角序列與目標地表偏角序列的誤差示意圖；
[0022] 圖7是本發(fā)明實施例中衛(wèi)星的空間采樣時間間隔序列的示意圖；
[0023] 圖8是本發(fā)明實施例中雷達平臺參數(shù)的時變調(diào)整規(guī)律的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0025] 本發(fā)明的一種變參數(shù)大斜視星載聚束SAR系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法，流程圖如圖1所 示，包括以下幾個步驟：
[0026] 步驟一、獲取對地觀測任務的基本參數(shù)，包括目標場景參數(shù)、雷達發(fā)射信號的基本 參考參數(shù)、雷達空間采樣的基本參數(shù)和信號過采樣因子。具體為：
[0027] (1)獲取對地觀測任務的目標場景參數(shù)，包括場景的距離向?qū)挾萐wr、方位向?qū)挾?Swa、距離向觀測分辨率pr和方位向觀測分辨率pa;
[0028] (2)獲取SAR線性調(diào)頻(Linear Frequency ModulatecULFM)發(fā)射信號的基本參考 參數(shù)，包括參考載頻f。。和參考脈沖寬度ΤρΟ ;
[0029] (3)獲取SAR的空間采樣基本參數(shù)，包括衛(wèi)星軌道高度Η、衛(wèi)星在軌運行速率Vs、場 景中心P s?3在地球轉(zhuǎn)動坐標系Eg中的坐標(xs?5，ysc；e3，zsc；e3)、SAR在合成孔徑中心時刻t。的采樣 點位置PsatQ在Eg中的坐標(XsatQ，ysatQ，ZsatQ )和衛(wèi)星軌道以PsatQ為中心的軌道米樣點的坐標 序列Asat〇，其中地球轉(zhuǎn)動坐標系EgS義如下：
[0030] 坐標原點：地心，記為Og;
[0031] X軸記為Xg:在赤道平面內(nèi)，指向零度經(jīng)線方向；
[0032] Y軸記為Yg:在赤道平面內(nèi)，指向東經(jīng)90度經(jīng)線方向；
[0033] Z軸記為Zg:沿地球自轉(zhuǎn)軸，指向正北極(北煒90度方向）。
[0034] (4)獲取信號過采樣因子γ。
[0035]步驟二、計算由步驟一中各項基本參數(shù)導出的SAR系統(tǒng)參數(shù)，包括雷達發(fā)射信號導 出參數(shù)、二維信號采樣導出參數(shù)和空間采樣導出參數(shù)。具體為：
[0036] (1)計算雷達發(fā)射信號的導出參考參數(shù)，包括LFM信號的參考帶寬Βο、參考調(diào)頻率 KrO：
[0038] 其中：c表示光速。
[0040] (2)計算橢球地球模型下t。時刻SAR相對的入射角β0:
[0041] 在橢球的地球模型中，設過垂直于地表、背離地心的單位向量^ 與Zg軸 的交點為〇d，如圖2所示。設0<^Zg軸的坐標為Zcid，則zod可由空間幾何關系計算得到
[0043]其中:b為地球橢球模型中的半短軸的長度。由式(3)可以求得
[0047]設由Psce指向PsatQ的向量可表示為，則可由下式計算得到
[0049] 其中| · |表示取模運算。
[0050] (3)計算信號的距離向采樣要求，包括參考采樣率FsQ、無混疊最小距離采樣點數(shù) Nr、距離波數(shù)支撐域?qū)挾菿yB: