一種星載topsar模式下方位向模糊度的優化方法

2023-10-10 03:39:24

專利名稱：一種星載topsar模式下方位向模糊度的優化方法
技術領域：
本發明屬於信號處理領域，涉及一種優化方法，特別涉及一種星載TOPSAR模式下 方位向模糊度的優化方法。
背景技術：
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種主動對地成像微波雷達， 較普通光學成像雷達而言，其不受天氣和氣候的影響，可全天候、全天時的完成對地觀測任 務，因此在軍事偵察、資源探測、海洋觀測、生態監測等方面得到了廣泛的應用。方位向模糊度是星載SAR中的一個重要指標，其直接反映了方位向副瓣信號對主 瓣信號幹擾程度的大小，在系統設計、波位選取時，方位模糊度是主要的考核指標之一。在 成像處理中，我們針對的是主瓣內(歸一化雙程天線方向圖_6dB對應的波束寬度)的回波 信號在頻域進行匹配濾波處理，但由於脈衝採樣頻率有限(稱為脈衝重複頻率，PRF)以及 方位向天線旁瓣的存在，因此在頻域內，當旁瓣信號對應的頻率超過脈衝採樣頻率時，就會 反折到方位向主瓣內，造成對主瓣的幹擾，如

圖1所示，例如圖中標示了 A+1和Α—的反折示 意圖，其它區域A+2、A+3、A_2、A_3也會同樣反折到主瓣之內。因此在進行系統設計時，需要對 方位向模糊度進行優化設計。因為脈衝重複頻率決定了模糊區的位置，因此尤其需要對脈 衝重複頻率進行優化設計，使模糊區的內的能量儘可能小。寬觀測帶一直是星載SAR的一個重要發展方向。傳統的實現方法是採用掃描模 式(ScanSAR模式)，但其缺陷在於在ScanSAR工作模式下，處於方位向不同位置的目標， 其方位向模糊度是不同的，這種方位向空變現象將造成SAR圖像視覺感變差，不利於後續 應用處理。而近些年來，產生了一種新的工作模式——TOPSAR(Terrain Observation by ProgressiveScans)，在該模式下，天線波束沿飛行方向進行掃描，方位向每一個目標都將 受到完整方位向天線方向圖調製，因此其方位向模糊信號大小相同，其工作模式如圖2所 示，其中R1為衛星到等效旋轉點的最近斜距，Rtl為衛星到目標的最近斜距，θ 3dB為歸一化雙 程天線方向圖_6dB對應的波束寬度，SW a為方位向測繪帶寬度，SW j所選位置的坐標，Y j為 某時刻衛星和目標的夾角，β」為某時刻天線波束偏掃角度，Sj為某時刻衛星的位置坐標。 但實際上，現在的SAR天線採用的是相控陣天線，相位的偏掃將使得柵瓣出現，如圖3所示， 本圖中只以天線偏掃角度為2度，角度變化範圍為-20度到20度時的情形為例，說明天線 波束的偏掃將導致柵瓣的產生。實際上，柵瓣大小隨掃描角變換而變化，因此在不同的方位 向位置上，其對應的掃描角不同，產生的柵瓣大小不同，因此方位向模糊度也略有差別。而 目前在星載T0PSAR工作模式下，有考慮方位向模糊度和掃描角隨方位向位置變化的現象， 同時也沒有通過對脈衝重複頻率的設置實現方位模糊度的優化。因此，針對星載T0PSAR這 種工作模式，本發明提出了一種星載T0PSAR模式下方位模糊度的優化方法，利用本發明能 更準確的反映出方位向模糊度隨方位向位置變化的現象，同時通過合理設置脈衝重複頻率 使柵瓣不進入模糊區，實現方位向模糊度性能的優化。
發明內容
本發明的目的是針對目前星載TOPSAR工作模式下，沒有考慮方位向模糊度和掃 描角隨方位向位置變化的現象，同時也沒有通過對脈衝重複頻率的設置實現方位模糊度的 優化這一問題，提出一種星載T0PSAR模式下方位模糊度的優化方法。本發明的一種星載TOPSAR模式下方位模糊度的優化方法，包括以下幾個步驟步驟一通過星載SAR系統參數表獲取參數，包括脈衝重複頻率PRF變化範圍， 脈衝重複頻率變化步長Δ PRF,天線長度Aa，方位向天線TR組件個數TR a，每一個TR組件 的饋源數！^，信號的波長λ，雷達對地觀測中心視角α，地球平均半徑Re，衛星飛行高度H， 衛星等效飛行速度V，方位向設計解析度P a，方位向解析度展寬係數K，方位向測繪帶寬度 SW a，方位向選取位置數目Na，頻點劃分數目Fa，模糊區選擇數目Ma ；步驟二 獲取方位向波束3dB寬度θ 3db ；方法如公式(1)所示
權利要求
一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優化方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟一通過星載SAR系統參數表獲取參數，包括脈衝重複頻率PRF變化範圍，脈衝重複頻率變化步長ΔPRF，天線長度Aa，方位向天線TR組件個數TR_a，每一個TR組件的饋源數n_a，信號的波長λ，雷達對地觀測中心視角α，地球平均半徑Re，衛星飛行高度H，衛星等效飛行速度V，方位向設計解析度ρa，方位向解析度展寬係數K，方位向測繪帶寬度SW_a，方位向選取位置數目Na，頻點劃分數目Fa，模糊區選擇數目Ma；步驟二獲取方位向波束3dB寬度θ3db；方法如公式(1)所示 3db = Aa0.886--- ( 1 ) 步驟三獲取衛星到目標的最近斜距R0；方法如公式(2)所示 R 0=Re sin ( a sin ( Re+H Resin ( )) - sin ) sin ( ) --- ( 2 ) 步驟四獲取混合因子B；方法如公式(3)所示 B= 2 a K A a --- ( 3 ) 步驟五獲取衛星到等效旋轉點的最近斜距R1；方法如公式(4)所示 R 1= R0 B-1 --- ( 4 ) 步驟六獲取中心波束掃描最大角度βmax；方法如公式(5a～5d)所示 max= - b 1- b 12 - 4 a1 c1 2 a 1 --- ( 5 a ) 其中 a 1= R 1tan ( - 3dB 2 )--- ( 5 b ) b 1= SW _ a 2tan ( 3dB 2 )- R 1- R 0--- ( 5 c ) c 1= R 0tan ( 3dB 2 )+ SW _ a 2--- ( 5 d ) 步驟七獲取方位向天線陣元間隔d；方法如公式(6)所示 d= Aa TR _a n _a --- ( 6 ) 步驟八獲取方位向某一個所選位置的坐標SW_i；方法如公式(7)所示 SW _i =- SW _ a 2+i SW _ a Na-1 i∈(0，Na 1)，i為整數 (7)步驟九根據步驟一到步驟八得到的結果，獲取方位向某一個所選位置SW_i處的方位模糊度；根據前視線照射位置SW_i時的中心波束偏掃角度β1、後視線照射位置SW_i時的中心波束偏掃角度β2，獲得中心波束某時刻的偏掃角度為βj時，主瓣信號能量Pj_0和旁瓣信號能量Pj_n，分別對主瓣能量和副瓣能量進行求和，獲取該點處的方位模糊度AASRi；步驟十繪製方位模糊度隨方位向位置變化的曲線，找到曲線的最大值，即方位向模糊度的最差值AASRp，進行記錄；其中曲線的縱坐標為方位模糊度的大小，橫坐標為方位向所選位置的坐標；步驟十一根據脈衝重複頻率變化步長ΔPRF，改變脈衝重複頻率，重複步驟一至步驟十，獲取不同脈衝重複頻率下方位向模糊度的最差值AASRp，直至到達脈衝重複頻率變化範圍的最大值；步驟十二繪製方位向模糊度的最差值隨脈衝重複頻率的變化曲線，完成對方位向模糊度的優化；其中曲線的縱坐標為方位向模糊度的最差值的大小，橫坐標為脈衝重複頻率，合理選取脈衝重複頻率，使柵瓣不進入模糊區，完成方位向模糊度性能指標的優化。
2.根據權利要求1所述的一種星載T0PSAR模式下方位向模糊度的優化方法，其特徵在 於，所述的步驟九，具體包括以下幾個步驟Α、獲取前視線照射位置SW」時，中心波束偏掃角度β ！； 方法如公式(8a 8d)所示 B、獲取後視線照射位置SW」時，中心波束偏掃角度β 2 ； 方法如公式(9a 9d)所示其中
3.根據權利要求2所述的一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優化方法，其特徵在 於，所述的步驟C中，具體包括以下幾個步驟a、獲取位置SW」被照射過程中，中心波束某時刻的偏掃角度β j ； 方法如公式(10)所示Pj =^+Je (0，Fa-1)，j 為整數b、獲取某時刻衛星的位置坐標Sj； 方法如公式(11)所示
全文摘要
本發明公開了一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優化方法，包括，讀入相關參數，獲取方位向波束3dB寬度、衛星到目標的最近斜距、混合因子、衛星到等效旋轉點的最近斜距、中心波束掃描最大角度、方位向天線陣元間隔、方位向某一個所選位置的坐標、方位向某一個所選位置處的方位模糊度，繪製方位模糊度變化曲線，獲取不同脈衝重複頻率下方位向模糊度的最差值和繪製方位向模糊度的最差值曲線。本發明在獲取方位模糊度時，充分考慮其隨方位向空變的特性，結果具有更高的可靠性；在不同位置處的方位向模糊度獲取是獨立的，可並行處理，提高處理效率；方位向模糊度隨方位向位置變換的曲線直觀反映方位向模糊度在整個方位向場景內的變化情況。
文檔編號G01S13/90GK101957449SQ20101014136
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者李春升, 楊威, 王鵬波, 陳杰 申請人:北京航空航天大學