一种高分辨率SAR卫星距离模糊度性能分析方法技术

本发明专利技术涉及一种通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，该方法通过沿方位向逐点计算成像点回波强度和模糊点回波强度，得到方位模糊度指标；通过寻找与成像点具有相同的斜距，多普勒频率相差整数倍PRF的模糊点，解方程得到模糊点坐标；充分考虑精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和天线电扫描角因素，得到成像点和模糊点在SAR卫星天线球面坐标系下的精确坐标；根据成像点在天线方向图方位和距离向主剖面上分量，拟合得到成像点准确的天线增益；通过模糊强度比上成像点回波强度，得到方位模糊度指标。本发明专利技术为SAR卫星提供一种通用、准确的方位模糊度指标计算方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，该方法通过精确计算SAR卫星方位模糊度性能指标，对SAR卫星的系统设计结果进行检验和复核，适用于各种SAR卫星工作模式方位模糊度指标计算，属于SAR卫星总体设计

技术介绍
方位模糊度是衡量合成孔径雷达(SAR)卫星系统性能的重要指标之一，是由天线方向图的旁瓣和方位向有限采样造成的。方位模糊导致成像处理后的图像中产生虚假目标，同时造成图像信噪比下降。特别是在高频段星载SAR系统中，方位模糊信号更容易聚焦，方位模糊问题更为突出。在SAR卫星系统设计时，可以通过提高脉冲重复频率(PRF)，压低天线方向图旁瓣等手段降低方位模糊，一般方位模糊度低于-20dB，对图像质量的影响可以接受。准确评估方位模糊度性能指标，有利于精确预测SAR卫星所能获得的图像质量，对优化SAR卫星系统设计具有重要意义。传统的方位模糊度计算方法是基于正侧视条带模式进行的，它忽略了方位向和距离向天线方向图耦合，利用条带模式的时频关系直接将方位向天线方向图变换到频域，在频域内累加处理带宽内的有用信号和模糊信号，得到模糊度指标。这种方法计算正侧视条带模式方位模糊度是可用的，引入的误差可以忽略。但随着新的星载SAR工作模式大量出现，如聚束模式、扫描模式和斜视模式等，雷达波束在地面不再是简单的推扫，回波的频域构成更为复杂，难于通过时频对应关系直接得到回波信号强度。此外，对于相控阵体制SAR卫星，不同成像时刻天线方向图特性不断变化，传统方法难于精确反映上述变化的影响。席龙梅等在《上海航天》上发表了《星载滑动聚束SAR模糊特性分析与仿真》一文，将方位向扫描角度分成若干段，不同扫描角采用不同的天线方向图形式，离散地反映方向图变化，然后通过累积所有段中的有用信号和模糊强度，得到最终的方位模糊性能。这种方法一定程度上反映了方位向天线方向图的变化特性，但在段内仍采用频域累积方式进行，存在时频方向图的对应问题，而且仅考虑了方位向天线方向图，在高分辨率和斜视工作模式下不能准确反映模糊位置的天线增益，得到的方位模糊度误差较大。韩晓东等在《JournalofElectronics(China)》上发表了《PerformanceAnalysisofAzimuthElectronicBeamSteeringModeSpaceborneSAR》一文，通过沿方位向时域循环累加，得到有用信号强度和模糊信号强度，该方法能充分反映天线方向图的变化。但该方法存在两点不足，一是采用简单的多普勒频率计算公式，在方位时域与频域之间建立联系，计算精度不够；二是忽略了方位模糊度需要计算与成像点具有相等斜距的模糊强度，仅沿方位向计算模糊强度，存在较大误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提出一种通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，该方法通过沿方位向逐点计算成像点回波强度和模糊点回波强度，得到方位模糊度指标；通过寻找与成像点具有相同的斜距，多普勒频率相差整数倍PRF的模糊点，解方程得到模糊点坐标；充分考虑精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度、天线电扫描角因素，得到成像点和模糊点在SAR卫星天线球面坐标系下的精确坐标；根据成像点在天线方向图方位和距离向主剖面上分量，拟合得到成像点准确的天线增益；通过模糊强度比上成像点回波强度，得到方位模糊度指标。本专利技术为SAR卫星提供一种通用、准确的方位模糊度指标计算方法。本专利技术的技术解决方案：一种通用的星载SAR方位模糊度精确计算方法，步骤如下：(1)根据待分析成像点坐标和瞬时时刻的SAR卫星位置和速度，进行精确地矢量计算，得到瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率；(2)根据瞬时时刻SAR卫星位置、速度、姿态、波束扫描角和已知的地面处理系统方位向处理带宽，进行瞬时时刻波束覆盖范围内所有点回波信号的多普勒频率变化范围计算，得到瞬时时刻有用回波信号的带宽范围；(3)根据步骤(1)计算得到的瞬时多普勒频率，并在步骤(2)计算得到的有用回波信号的带宽范围内，判断成像点回波是否在有用回波信号的带宽范围内，如果成像点回波不在有用回波信号的带宽范围内，说明该时刻成像点回波信号将在信号处理中去除掉，回波信号强度和模糊强度不包含在最终的图像中，不对该时刻的成像点回波进行处理；如果成像点回波在有用回波信号的带宽范围内，继续向下执行步骤(4)；(4)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和雷达天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的位置坐标；(5)根据步骤(4)计算得到的瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的坐标，进行成像点在SAR卫星天线方位向和距离向主剖面上的离轴角和增益计算，得到瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益；(6)根据步骤(5)计算得到的瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益，进行回波信号强度计算，得到瞬时时刻成像点回波信号强度，结果将在步骤(14)累加到所有时刻总的成像点回波信号强度中；(7)根据待分析的成像点坐标和瞬时时刻卫星的位置坐标，计算瞬时时刻SAR卫星到成像点的斜距，得到瞬时斜距Ri；(8)根据步骤(1)计算得到的瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率、雷达系统脉冲重复频率(已知量)和模糊数n(n为1到10之间整数)，进行瞬时时刻模糊数为n的模糊多普勒频率计算，得到该模糊多普勒频率；(9)根据模糊数为n的方位模糊点位置、步骤(7)得到的瞬时斜距Ri、模糊数为n的方位模糊点回波信号多普勒频率和成像点回波信号多普勒频率，构成三元方程组，进行方程组求解，得到模糊数为n的方位模糊点在地球惯性系下的坐标；(10)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度、天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标；(11)根据将步骤(10)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标，进行方位模糊点对应的方位向和距离向主剖面增益计算，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益；(12)根据步骤(11)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益，计算回波信号强度计算，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点回波信号强度；(13)重复步骤(8)-步骤(12)，计算除之前所涉及的瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点外的其他模糊点回波信号强度，得到瞬时时刻所有模糊点模糊强度，从而最终累加得到瞬时时刻总的模糊信号强度(包含步骤(11)得到的瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点回波信号强度)；(14)重复步骤(1)-步骤(13)，计算除之前所涉及的瞬时时刻的其他时间点的成像点回波信号强度和模糊信号强度，最后累加得到所有时刻总的成像点回波信号强度(包含步骤(6)得到的瞬时时刻成像点回波信号强度)和模糊信号强度(包含步骤(13)得到的瞬时时刻总的模糊信号强度)；(15)根据步骤(14)计算得到的所有时刻总的模糊信号强度和成像点回波信号强度，计算模糊度指标，得到最终成像点的方位模糊度指标。下面进行再说明。(1)计算瞬时时刻成像点回波多普勒频率根据待分析成像点坐标(为已知量)，及瞬时时刻的SAR卫星位置和速度，利用精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，其特征在于步骤如下：(1)根据待分析成像点坐标和瞬时时刻的SAR卫星位置和速度，进行精确地矢量计算，得到瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率；(2)根据瞬时时刻SAR卫星位置、速度、姿态、波束扫描角和已知的地面处理系统方位向处理带宽，进行瞬时时刻波束覆盖范围内所有点回波信号的多普勒频率变化范围计算，得到瞬时时刻有用回波信号的带宽范围；(3)根据步骤(1)计算得到的瞬时多普勒频率，并在步骤(2)计算得到的有用回波信号的带宽范围内，判断成像点回波是否在有用回波信号的带宽范围内，如果成像点回波不在有用回波信号的带宽范围内，说明该时刻成像点回波信号将在信号处理中去除掉，回波信号强度和模糊强度不包含在最终的图像中，不对该时刻的成像点回波进行处理；如果成像点回波在有用回波信号的带宽范围内，继续向下执行步骤(4)；(4)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和雷达天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的位置坐标；(5)根据步骤(4)计算得到的瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的坐标，进行成像点在SAR卫星天线方位向和距离向主剖面上的离轴角和增益计算，得到瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益；(6)根据步骤(5)计算得到的瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益，进行回波信号强度计算，得到瞬时时刻成像点回波信号强度，结果将在步骤(14)累加到所有时刻总的成像点回波信号强度中；(7)根据待分析的成像点坐标和瞬时时刻卫星的位置坐标，计算瞬时时刻SAR卫星到成像点的斜距，得到瞬时斜距Ri；(8)根据步骤(1)计算得到的瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率、雷达系统脉冲重复频率和模糊数n，n为1到10之间整数，进行瞬时时刻模糊数为n的模糊多普勒频率计算，得到该模糊多普勒频率；(9)根据模糊数为n的方位模糊点位置、步骤(7)得到的瞬时斜距Ri、模糊数为n的方位模糊点回波信号多普勒频率和成像点回波信号多普勒频率，构成三元方程组，进行方程组求解，得到模糊数为n的方位模糊点在地球惯性系下的坐标；(10)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标；(11)根据将步骤(10)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标，进行方位模糊点对应的方位向和距离向主剖面增益计算，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益；(12)根据步骤(11)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益，计算模糊点回波信号强度，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点回波信号强度；(13)重复步骤(8)‑步骤(12)，计算除之前所涉及的瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点外的其他模糊点回波信号强度，得到瞬时时刻所有模糊点回波信号强度，从而最终累加得到瞬时时刻总的模糊信号强度；(14)重复步骤(1)‑步骤(13)，计算除之前所涉及的瞬时时刻的其他时间点的成像点回波信号强度和模糊信号强度，最后累加得到所有时刻总的成像点回波信号强度和模糊信号强度；(15)根据步骤(14)计算得到的所有时刻总的成像点回波信号强度和模糊信号强度，计算模糊度指标，得到最终成像点的方位模糊度指标。...

【技术特征摘要】
1.一种通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，其特征在于步骤如下：(1)根据待分析成像点坐标和瞬时时刻的SAR卫星位置和速度，进行精确地矢量计算，得到瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率；(2)根据瞬时时刻SAR卫星位置、速度、姿态、波束扫描角和已知的地面处理系统方位向处理带宽，进行瞬时时刻波束覆盖范围内所有点回波信号的多普勒频率变化范围计算，得到瞬时时刻有用回波信号的带宽范围；(3)根据步骤(1)计算得到的瞬时多普勒频率，并在步骤(2)计算得到的有用回波信号的带宽范围内，判断成像点回波是否在有用回波信号的带宽范围内，如果成像点回波不在有用回波信号的带宽范围内，说明该时刻成像点回波信号将在信号处理中去除掉，回波信号强度和模糊强度不包含在最终的图像中，不对该时刻的成像点回波进行处理；如果成像点回波在有用回波信号的带宽范围内，继续向下执行步骤(4)；(4)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和雷达天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的位置坐标；(5)根据步骤(4)计算得到的瞬时时刻成像点在天线球面坐标系下的坐标，进行成像点在SAR卫星天线方位向和距离向主剖面上的离轴角和增益计算，得到瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益；(6)根据步骤(5)计算得到的瞬时时刻成像点的三维天线方向图增益，进行回波信号强度计算，得到瞬时时刻成像点回波信号强度，结果将在步骤(14)累加到所有时刻总的成像点回波信号强度中；(7)根据待分析的成像点坐标和瞬时时刻卫星的位置坐标，计算瞬时时刻SAR卫星到成像点的斜距，得到瞬时斜距Ri；(8)根据步骤(1)计算得到的瞬时时刻成像点回波的瞬时多普勒频率、雷达系统脉冲重复频率和模糊数n，n为1到10之间整数，进行瞬时时刻模糊数为n的模糊多普勒频率计算，得到该模糊多普勒频率；(9)根据模糊数为n的方位模糊点位置、步骤(7)得到的瞬时斜距Ri、模糊数为n的方位模糊点回波信号多普勒频率和成像点回波信号多普勒频率，构成三元方程组，进行方程组求解，得到模糊数为n的方位模糊点在地球惯性系下的坐标；(10)根据瞬时时刻精确的轨道模型、地球模型、卫星姿态、天线安装位置和角度和天线电扫描角，进行坐标变换，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标；(11)根据将步骤(10)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点在天线球面坐标系下的位置坐标，进行方位模糊点对应的方位向和距离向主剖面增益计算，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益；(12)根据步骤(11)计算得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点对应的准确三维天线方向图增益，计算模糊点回波信号强度，得到瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点回波信号强度；(13)重复步骤(8)-步骤(12)，计算除之前所涉及的瞬时时刻模糊数为n的方位模糊点外的其他模糊点回波信号强度，得到瞬时时刻所有模糊点回波信号强度，从而最终累加得到瞬时时刻总的模糊信号强度；(14)重复步骤(1)-步骤(13)，计算除之前所涉及的瞬时时刻的其他时间点的成像点回波信号强度和模糊信号强度，最后累加得到所有时刻总的成像点回波信号强度和模糊信号强度；(15)根据步骤(14)计算得到的所有时刻总的成像点回波信号强度和模糊信号强度，计算模糊度指标，得到最终成像点的方位模糊度指标。2.根据权利要求1所述的通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，其特征在于：所述方法还包括(16)，即利用步骤(15)计算得到的方位模糊度指标，对SAR卫星的系统设计结果进行检验和复核，进一步优化系统设计方案。3.根据权利要求1或2所述的通用的SAR卫星方位模糊度性能精确分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中瞬时时刻成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆君，韩晓磊，刘杰，任校志，张润宁，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11