基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法技术

本发明专利技术公开一种基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，为了解决在满足信噪比变标因子约束条件下，如何合理设计多通道配置以实现最优模糊信号比问题；本发明专利技术实现过程包括：首先，确定GEO‑SAR卫星选择与系统参数；其次，通道配置问题定义与建模；然后，利用可行性准则处理约束条件，并与差分进行算法结合求解通道配置；最后输出最优通道配置；通过本发明专利技术方法获得的通道配置，能够实现信号重构性能优化，从而指导多通道GEO星‑机双基SAR的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及GEO星-机多通道SAR情况下，通道配置技术。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候的高分辨率成像系统，通过发射大时间带宽积的线性调频信号，接收时经匹配滤波得到脉冲压缩信号，以获得距离向高分辨率，利用合成孔径技术实现方位向的高分辨率。成像质量不受天气条件(云层、光照)等影响，具有对远距离目标进行检测和定位的特点。SAR典型的应用领域包括灾害监测、资源勘探、地质测绘、军事侦察等。地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)具有更大的测绘带宽和更短的重访周期，使得能够广泛的运用于灾害监视，大地构造成像。GEO星-机双基SAR用GEO卫星作为照射源，机载平台作为接收站，由于接收机和发射机空间分离，使得受到的干扰大幅降低。此外，GEO星-机双基SAR具有更高的空间分辨率，所以GEO星-机双基SAR得到越来越多的关注。在GEO星-机双基SAR系统中，由于机载接收站的引入，会导致多普勒带宽变大，当其超过GEO-SAR的发射脉冲重复频率时，会造成回波多普勒混叠，从而导致成像结果中出现虚假目标，造成方位向分辨率降低以及成像质量恶化。在文献“Digitalbeamformingonreceive:Techniquesandoptimizationstrategiesforhigh-resolutionwide-swathSARimaging,”IEEETrans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.45,no.2,pp.564–592,2009.中提出利用多个接收机的接收信息来抑制方位模糊的方法。但是，此方法的重构性能与多通道配置相关。解决上述优化问题的传统方法，例如牛顿法与最速下降法。这种方法的迭代过程需要目标函数的导数信息。由于通道响应矩阵是通道间距的非线性函数，因此其导数表达式非常困难。此外，这种优化方法具有较大的数值不稳定性，若初值设置不当会使算法陷入局部最优解甚至导致算法不收敛。因此，数值优化方法不适合解决上述约束最优化问题。
技术实现思路
为了解决在GEO星-机SAR情况下，多通道配置设计问题；本专利技术提出一种基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，同时优化了多通道模糊信号比和信噪比变标因子。本专利技术采用的技术方案为：基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，包括：S1、建立多通道配置的约束优化问题；所述约束优化问题的目标函数根据多通道模糊信号比得到，所述约束优化问题的约束条件为信噪比变标因子小于或等于设定的最大信噪比变标因子；S2、初始化差分进化算法，包括群体规模P，最大进化次数Gmax，变标因子F以及交叉概率Cr；S3、生成初始群体，并求解初始群体中每一个个体的模糊信号比和信噪比变标因子；每一个个体对应N种通道配置；S4、当迭代次数小于最大进化次数时，采用基于可行性准则的选择算子来确定当前个体对应的约束优化问题的最优解；根据变异算子生成当前群体中每一个个体对应的合成向量，然后将合成向量与当前解个体的每一通道配置之间进行交叉得到试验向量；S5、重复步骤S4，直至迭代次数等于最大进化次数，得到满足约束条件的模糊信号比对应的通道配置。进一步地，步骤S1所述约束优化问题为：minAASRb(x),x＝(Δx1,Δx2,...,ΔxN)T其中，AASRb(x)表示通道配置x对应的模糊信号比；为用户设定的最大信噪比变标因子；Φbf(x)表示通道配置x对应的信噪比变标因子，Δxj表示第j个通道配置，j＝1,...,N；N表示接收通道个数；b为bistatic双基的缩写；bf为beamformingnetwork波束成型网络的缩写；La表示接收天线总长度。更进一步地，所述N根据下式计算：其中，Ba表示方位向带宽，PRF表示发射脉冲重复频率。进一步地，步骤S3所述某个体的模糊信号比计算式为：其中，f表示多普勒频率变量，ps为信号功率，E[·]表示均值算子，eb(f)表示对应多普勒频率的残余模糊信号。进一步地，步骤S3所述某个体的信噪比变标因子计算式为：其中，j表示通道，j＝1,...,N；N表示接收通道个数；Pj(f)表示矩阵P(f)中的每一行，f表示多普勒频率变量。更进一步地，所述矩阵P(f)的求解过程包括以下步骤：A1、根据下式计算第j个通道的距离历史：其中，RR0表示接收站斜距，vs表示接收站飞行速度，t表示方位向时间；A2、为了求解第j个通道的频谱与单通道频谱的相位差，对发射站距离历史进行四阶展开，对步骤A1的距离历史进行二阶展开，得到第j个通道回波的时域方位向相位：其中，RT0为发射站在合成孔径中心时刻的斜距，k1、k2、k3、k4表示卫星距离模型的一到四阶的展开系数A3、根据步骤A2得到的第j个通道回波的时域方位向相位，通过序列反转方法求得第j个通道回波的多普勒相位：其中，f表示多普勒频率变量；A4、根据步骤A3得到的第j个通道回波的多普勒相位，计算GEO星机双基SAR的通道响应矩阵：其中，Hb,j(f)表示第j个通道的相应函数，Hb,j(f)＝exp{j[Φb,j(f)-Φb(f)]}；A5、根据GEO星机双基SAR的通道响应矩阵得到重构矩阵：进一步地，步骤S4具体为：B1、对于当前群体中的每一个个体xi，在当前群体中随机选择三个互不相同的备选通道配置和通过如下变异算子生成合成向量vi：B2、将合成向量与当前解xi的分量之间进行交叉得到试验向量ui；其中，jrand为1到N间随机产生的整数，vj,i表示合成向量vi中的分量；xj,i表示第i个个体的分量；B3、若第i个个体与第i个个体所对应的试验向量均为可行解，则选择其中模糊信号比更优所对应的可行解作为下一次迭代的第i个个体；若当前个体与当前个体所对应的试验向量中一个为可行解，另一个为非可行解，则选择可行解作为下一次迭代的第i个个体；若当前个体与当前个体所对应的试验向量均为非可行解，则选择其中信噪比变标因子较小的作为下一次迭代的第i个个体。本专利技术的有益效果：本专利技术的基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，首先确定了GEO星-机双基SAR多通道的选择参数，对通道配置问题进行了定义和建模；然后利用可行性准则处理约束条件，并与差分进行算法结合求解通道配置，该方法同时优化了多通道模糊信号比和信噪比变标因子。最后，仿真结果验证了提出方法的有效性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的方案流程图；图2为本专利技术实施例提供的多通道GEO星-机双基SAR成像结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的迭代过程中群体内最小模糊信号比变化示意图；图4为本专利技术实施例提供的多通道配置示意图；图5为本专利技术实施例提供的信号重构前单通道回波成像结果；图6为本专利技术实施例提供的La＝3m时多通道重构后成像结果。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。为了方便描述本专利技术的内容，首先对以下术语进行解释：术语1：双基SAR双基SAR是指系统发射站和接收站分置于不同平台上的SAR系统，其中至少有一个平台为运动平台，在概念上属于双基地雷达。术语2：GEOSARGEOSAR为地球同步轨道合成孔径雷达卫星，用GEO卫星作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，包括：S1、建立多通道配置的约束优化问题；所述约束优化问题的目标函数根据多通道模糊信号比得到，所述约束优化问题的约束条件为信噪比变标因子小于或等于设定的最大信噪比变标因子；S2、初始化差分进化算法，包括群体规模，最大进化次数，变标因子以及交叉概率；S3、生成初始群体，并求解初始群体中每一个个体的模糊信号比和信噪比变标因子；每一个个体对应N种通道配置；S4、当迭代次数小于最大进化次数时，采用基于可行性准则的选择算子来确定当前个体对应的约束优化问题的最优解；根据变异算子生成当前群体中每一个个体对应的合成向量，然后将合成向量与当前解个体的每一通道配置之间进行交叉得到试验向量；S5、重复步骤S4，直至迭代次数等于最大进化次数，得到满足约束条件的模糊信号比对应的通道配置。

【技术特征摘要】
1.基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，包括：S1、建立多通道配置的约束优化问题；所述约束优化问题的目标函数根据多通道模糊信号比得到，所述约束优化问题的约束条件为信噪比变标因子小于或等于设定的最大信噪比变标因子；S2、初始化差分进化算法，包括群体规模，最大进化次数，变标因子以及交叉概率；S3、生成初始群体，并求解初始群体中每一个个体的模糊信号比和信噪比变标因子；每一个个体对应N种通道配置；S4、当迭代次数小于最大进化次数时，采用基于可行性准则的选择算子来确定当前个体对应的约束优化问题的最优解；根据变异算子生成当前群体中每一个个体对应的合成向量，然后将合成向量与当前解个体的每一通道配置之间进行交叉得到试验向量；S5、重复步骤S4，直至迭代次数等于最大进化次数，得到满足约束条件的模糊信号比对应的通道配置。2.根据权利要求1所述的基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，步骤S1所述约束优化问题为：minAASRb(x),x＝(Δx1,Δx2,...,ΔxN)T其中，AASRb(x)表示通道配置x对应的模糊信号比；为用户设定的最大信噪比变标因子；Φbf(x)表示通道配置x对应的信噪比变标因子，Δxj表示第j个通道配置，j＝1,...,N；N表示接收通道个数；La表示接收天线总长度。3.根据权利要求2所述的基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，所述N根据下式计算：其中，Ba表示方位向带宽，PRF表示发射脉冲重复频率。4.根据权利要求2所述的基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，步骤S3所述某个体的模糊信号比计算式为：其中，f表示多普勒频率变量，ps为信号功率，E[·]表示均值算子，eb(f)表示对应多普勒频率的残余模糊信号。5.根据权利要求4所述的基于可行性准则的GEO星机双基SAR多通道配置方法，其特征在于，步骤S3所述某个体的信噪比变标因子计算式为：其中，j表示通道，j＝1,...,N；N表示接收通...

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，安洪阳，王雯璟，何旬，刘竹天，胡春宇，黄川，孙稚超，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51