一种高分辨率SAR成像参数计算方法技术

本发明专利技术提出一种分辨率SAR成像参数计算方法，该方法将成像场景位置、成像合成孔径时长、滑动因子、最小重频、最大重频等参数作为输入条件，通过星地几何模型，分别计算得到成像场景的零多普勒中心时刻以及成像起始、结束时间，并在成像弧段内，以固定的时间步长，选择符合SAR成像性能指标的重频作为成像参数并输出，既降低了计算次数开销，同时避免了返回迭代的搜索过程，节省存储资源，适用于资源受限条件下的星载环境中实现，便于星载硬件进行部署和实施；本发明专利技术可通过修改成像合成孔径时长、滑动因子、最小重频、最大重频等参数，实现不同成像分辨率、成像幅宽的滑动聚束成像模式；并且集成了性能指标计算，具有波位设计一体化的特点。体化的特点。体化的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率SAR成像参数计算方法


[0001]本专利技术属于雷达系统设计
，具体涉及一种分辨率SAR成像参数计算方法，适用于通过整星姿态机动实现高分辨率成像的SAR卫星滑动聚束模式下的波位设计。

技术介绍

[0002]为实现高分辨率成像同时保证一定的方位向测绘幅宽，高分辨率SAR卫星通常采用滑动聚束模式，通过控制天线波束方位向转动角度，减缓波束足印在地面的滑动速度，同时增加成像点的合成孔径时间，实现高分辨率成像。在卫星转动期间，由于回波距离徙动较大，因此在波位设计上，传统星载SAR中采用的单一重频实现成像的方式将不再有效，必须在整个成像过程中进行变重频设计，通过移动回波窗来保证回波的有效接收。图1给出了滑动聚束的工作示意图。目前，滑动聚束模式已成功应用于德国的TerraSAR
‑
X卫星，并可实现方位向 0.25m分辨率成像。
[0003]现有星载SAR滑动聚束模式的波位设计均是基于高精度星地几何模型，通过地面计算机通过反复迭代仿真方式给出。如西安空间无线电技术研究所201910549798.8公开了一种超高分辨率星载SAR的分段变重频时序设计方法，该方法采用固定斜距跨度的方式对方位向进行分段，对方位向回波接收窗以及工作重频进行设计，并通过仿真手段对变重频设计结果进行验证，若不满足条件时，则需重新调整斜距跨度，直到整个场景的回波能够被有效接收。但该方法存在分段数量多导致重频计算次数多、计算量大，同时在反复迭代过程中，需要对中间计算结果进行存储，对存储资源要求高等问题，不适用于资源受限条件下的星载环境中实现。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种分辨率SAR成像参数计算方法，降低了计算次数开销，同时避免了返回迭代的搜索过程，节省存储资源，便于星载硬件进行部署和实施。
[0005]一种高分辨率SAR成像参数计算方法，包括：
[0006]步骤(1)、通过星地链路，接收包括成像场景位置成像合成孔径时长T、滑动因子 A、最小重频和最大重频的计算参数；
[0007]步骤(2)、以设定的时间步长，对卫星轨道位置进行外推计算，获取各时刻下的卫星位置和速度
[0008]步骤(3)、根据成像场景位置以及外推得到的卫星位置和速度计算各时刻的卫星多普勒频率并选择多普勒频率符号变化时刻，作为成像场景的零多普勒时刻
[0009]步骤(4)、以场景的零多普勒时刻为中心，根据滑动聚束模式的总成像时长T，计算成像起始T
s
和结束时间T
e
；
[0010]步骤(5)、根据滑动聚束模式的滑动因子以及成像目标位置计算滑动聚束模式的虚拟中心点坐标
[0011]步骤(6)、根据步骤(4)得到的成像起始时间、结束时间以及步骤(5)得到的虚拟中心点坐标以设定的时间步长，从起始时间至结束时间内，根据卫星位置以及天线波束宽度得到天线在距离向的近距点斜距和远距点斜距；
[0012]步骤(7)、根据成像模式下最小重频、最大重频，以设定的时间步长，从小到大依次选择符合约束条件的PRF作为系统重频参数；
[0013]步骤(8)、对步骤(7)输出的系统重频参数，先对排在第一个的系统重频参数进行SAR 性能指标筛选，若不符合条件，则返回步骤(7)，获得第二个系统重频参数，并判断是否符合SAR性能指标；以此类推，直到找到第一个符合SAR性能指标的系统重频参数。
[0014]进一步的，所述步骤(7)中，PRF选择的约束条件为：
[0015][0016]式中，int()为取整函数，用于取出数据的整数部分；frac()用于取出小数部分；R
min
和R
max
分别为近距点的斜距和远距点的斜距；T
p
为回波的宽度，T
g
为设定的保护时间，由SAR 系统设计确定。
[0017]较佳的，所述步骤(8)中，根据方位模糊度和距离模糊度指标对PRF进行选择。
[0018]较佳的，所述步骤(8)中，方位模糊度筛选的计算公式为：
[0019][0020]式中，B为方位向多普勒带宽，由SAR载荷设计确定；f为多普勒频率，f
de
为等效多普勒中心频率估计偏差，m为方位模糊区序号，由天线方向图给出；为天线方位向双程增益函数，表示为：
[0021][0022]式中，V是星地等效速度，D
a
是方位向天线尺寸。
[0023]较佳的，所述步骤(8)中，距离模糊度筛选的计算公式为：
[0024][0025]式中，DWP表示回波延迟时间，τ
w
为回波数据窗宽度，n为模糊区序号，由天线方向图给出；τ为回波延迟时间，R(τ)为斜距，即为步骤(6)得到的近距点斜距R
min
和远距点斜距 R
max
，σ0(τ)为地面目标后向散射系数；θ
i
(τ)表示入射角；G(τ)为距离向天线双程增益函数，表示为：
[0026][0027]式中，λ为工作波长，D
r
是距离向天线尺寸，α(τ)为R(τ)对应的视角。
[0028]较佳的，所述步骤(3)中，多普勒频率计算公式如下：
[0029][0030]为地心惯性坐标系下成像场景速度矢量，λ为载波波长，R
st
为卫星与位于成像场景中心的目标之间的距离。
[0031]较佳的，所述设定时间为1s。
[0032]较佳的，所述步骤(6)中，对各时刻卫星位置与虚拟中心点坐标的斜距进行估计，具体为：
[0033]已知卫星位置：
[0034][0035]根据天线波束宽度得到天线在距离向的最近和最远波束指向矢量分别为：
[0036][0037]建立空间直线方程：
[0038][0039]其中，a为地球赤道半径，c为地球极半径，l,m,n为方向数，具体表达式为：
[0040][0041]当X,Y,Z为时，可根据空间直线方程求解得到最近波束在地固坐标系中的坐标位置(x,y,z)，将其记为(x1，y1，z1)，当X,Y,Z为时，可根据空间直线方程求解得到远波束在地固坐标系中的坐标位置(x,y,z)，将其记为(x2，y2，z2)，再与卫星地固坐标系中卫星坐标联立，得到近距点斜距R
min
和远距点斜距R
max
分别为：
[0042][0043][0044]本专利技术具有如下有益效果：
[0045]本专利技术提出一种分辨率SAR成像参数计算方法，该方法将成像场景位置、成像合成孔径时长、滑动因子、最小重频、最大重频等参数作为输入条件，通过星地几何模型，分别计算得到成像场景的零多普勒中心时刻以及成像起始、结束时间，并在成像弧段内，以固定的时间步长，选择符合SAR成像性能指标的重频作为成像参数并输出，既降低了计算次数开销，同时避免了返回迭代的搜索过程，节省存储资源，适用于资源受限条件下的星载环境中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率SAR成像参数计算方法，其特征在于，包括：步骤(1)、通过星地链路，接收包括成像场景位置成像合成孔径时长T、滑动因子A、最小重频和最大重频的计算参数；步骤(2)、以设定的时间步长，对卫星轨道位置进行外推计算，获取各时刻下的卫星位置和速度步骤(3)、根据成像场景位置以及外推得到的卫星位置和速度计算各时刻的卫星多普勒频率并选择多普勒频率符号变化时刻，作为成像场景的零多普勒时刻步骤(4)、以场景的零多普勒时刻为中心，根据滑动聚束模式的总成像时长T，计算成像起始T
s
和结束时间T
e
；步骤(5)、根据滑动聚束模式的滑动因子以及成像目标位置计算滑动聚束模式的虚拟中心点坐标步骤(6)、根据步骤(4)得到的成像起始时间、结束时间以及步骤(5)得到的虚拟中心点坐标以设定的时间步长，从起始时间至结束时间内，根据卫星位置以及天线波束宽度得到天线在距离向的近距点斜距和远距点斜距；步骤(7)、根据成像模式下最小重频、最大重频，以设定的时间步长，从小到大依次选择符合约束条件的PRF作为系统重频参数；步骤(8)、对步骤(7)输出的系统重频参数，先对排在第一个的系统重频参数进行SAR性能指标筛选，若不符合条件，则返回步骤(7)，获得第二个系统重频参数，并判断是否符合SAR性能指标；以此类推，直到找到第一个符合SAR性能指标的系统重频参数。2.如权利要求1所述的一种高分辨率SAR成像参数计算方法，其特征在于，所述步骤(7)中，PRF选择的约束条件为：式中，C表示光速；int()为取整函数，用于取出数据的整数部分；frac()用于取出小数部分；R
min
和R
max
分别为近距点的斜距和远距点的斜距；T
p
为回波的宽度，T
g
为设定的保护时间，由SAR系统设计确定。3.如权利要求1或2所述的一种高分辨率SAR成像参数计算方法，其特征在于，所述步骤(8)中，根据方位模糊度和距离模糊度指标对PRF进行选择。4.如权利要求3所述的一种高分辨率SAR成像参数计算方法，其特征在于，所述步骤(8)中，方位模糊度筛选的计算公式为：
式中，f
prf
表示波位对应的频率，是PRF的倒数；B为方位向多普勒带宽，由SAR载荷设计确定；f为多普勒频率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程博文，郝梁，赵思阳，蒋帅，刘伟伟，庞亚龙，田苗苗，栾申申，
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：