專利名稱：一種星載topsar模式下方位向模糊度的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，涉及一種優(yōu)化方法，特別涉及一種星載TOPSAR模式下 方位向模糊度的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種主動對地成像微波雷達(dá)， 較普通光學(xué)成像雷達(dá)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(wù)，因此在軍事偵察、資源探測、海洋觀測、生態(tài)監(jiān)測等方面得到了廣泛的應(yīng)用。方位向模糊度是星載SAR中的一個重要指標(biāo)，其直接反映了方位向副瓣信號對主 瓣信號干擾程度的大小，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、波位選取時，方位模糊度是主要的考核指標(biāo)之一。在 成像處理中，我們針對的是主瓣內(nèi)(歸一化雙程天線方向圖_6dB對應(yīng)的波束寬度)的回波 信號在頻域進(jìn)行匹配濾波處理，但由于脈沖采樣頻率有限(稱為脈沖重復(fù)頻率，PRF)以及 方位向天線旁瓣的存在，因此在頻域內(nèi)，當(dāng)旁瓣信號對應(yīng)的頻率超過脈沖采樣頻率時，就會 反折到方位向主瓣內(nèi)，造成對主瓣的干擾，如

圖1所示，例如圖中標(biāo)示了 A+1和Α—的反折示 意圖，其它區(qū)域A+2、A+3、A_2、A_3也會同樣反折到主瓣之內(nèi)。因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，需要對 方位向模糊度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因?yàn)槊}沖重復(fù)頻率決定了模糊區(qū)的位置，因此尤其需要對脈 沖重復(fù)頻率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使模糊區(qū)的內(nèi)的能量盡可能小。寬觀測帶一直是星載SAR的一個重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法是采用掃描模 式(ScanSAR模式)，但其缺陷在于在ScanSAR工作模式下，處于方位向不同位置的目標(biāo)， 其方位向模糊度是不同的，這種方位向空變現(xiàn)象將造成SAR圖像視覺感變差，不利于后續(xù) 應(yīng)用處理。而近些年來，產(chǎn)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(jìn)行掃描，方位向每一個目標(biāo)都將 受到完整方位向天線方向圖調(diào)制，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(wèi)星到等效旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的最近斜距，Rtl為衛(wèi)星到目標(biāo)的最近斜距，θ 3dB為歸一化雙 程天線方向圖_6dB對應(yīng)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(biāo)，Y j為 某時刻衛(wèi)星和目標(biāo)的夾角，β」為某時刻天線波束偏掃角度，Sj為某時刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)。 但實(shí)際上，現(xiàn)在的SAR天線采用的是相控陣天線，相位的偏掃將使得柵瓣出現(xiàn)，如圖3所示， 本圖中只以天線偏掃角度為2度，角度變化范圍為-20度到20度時的情形為例，說明天線 波束的偏掃將導(dǎo)致柵瓣的產(chǎn)生。實(shí)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(yīng)的掃描角不同，產(chǎn)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(xiàn)象， 同時也沒有通過對脈沖重復(fù)頻率的設(shè)置實(shí)現(xiàn)方位模糊度的優(yōu)化。因此，針對星載T0PSAR這 種工作模式，本發(fā)明提出了一種星載T0PSAR模式下方位模糊度的優(yōu)化方法，利用本發(fā)明能 更準(zhǔn)確的反映出方位向模糊度隨方位向位置變化的現(xiàn)象，同時通過合理設(shè)置脈沖重復(fù)頻率 使柵瓣不進(jìn)入模糊區(qū)，實(shí)現(xiàn)方位向模糊度性能的優(yōu)化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)象，同時也沒有通過對脈沖重復(fù)頻率的設(shè)置實(shí)現(xiàn)方位模糊度的 優(yōu)化這一問題，提出一種星載T0PSAR模式下方位模糊度的優(yōu)化方法。本發(fā)明的一種星載TOPSAR模式下方位模糊度的優(yōu)化方法，包括以下幾個步驟步驟一通過星載SAR系統(tǒng)參數(shù)表獲取參數(shù)，包括脈沖重復(fù)頻率PRF變化范圍， 脈沖重復(fù)頻率變化步長Δ PRF,天線長度Aa，方位向天線TR組件個數(shù)TR a，每一個TR組件 的饋源數(shù)！^，信號的波長λ，雷達(dá)對地觀測中心視角α，地球平均半徑Re，衛(wèi)星飛行高度H， 衛(wèi)星等效飛行速度V，方位向設(shè)計(jì)分辨率P a，方位向分辨率展寬系數(shù)K，方位向測繪帶寬度 SW a，方位向選取位置數(shù)目Na，頻點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)目Fa，模糊區(qū)選擇數(shù)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(quán)利要求
一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一通過星載SAR系統(tǒng)參數(shù)表獲取參數(shù)，包括脈沖重復(fù)頻率PRF變化范圍，脈沖重復(fù)頻率變化步長ΔPRF，天線長度Aa，方位向天線TR組件個數(shù)TR_a，每一個TR組件的饋源數(shù)n_a，信號的波長λ，雷達(dá)對地觀測中心視角α，地球平均半徑Re，衛(wèi)星飛行高度H，衛(wèi)星等效飛行速度V，方位向設(shè)計(jì)分辨率ρa(bǔ)，方位向分辨率展寬系數(shù)K，方位向測繪帶寬度SW_a，方位向選取位置數(shù)目Na，頻點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)目Fa，模糊區(qū)選擇數(shù)目Ma；步驟二獲取方位向波束3dB寬度θ3db；方法如公式(1)所示 <mrow><msub> <mi>&theta;</mi> <mrow><mn>3</mn><mi>db</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mfrac> <mi>&lambda;</mi> <mi>Aa</mi></mfrac><mo>&CenterDot;</mo><mn>0.886</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟三獲取衛(wèi)星到目標(biāo)的最近斜距R0；方法如公式(2)所示 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mi>Re</mi><mo>&CenterDot;</mo><mfrac> <mrow><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mi>sin</mi> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <mrow><mi>Re</mi><mo>+</mo><mi>H</mi> </mrow> <mi>Re</mi></mfrac><mo>&CenterDot;</mo><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>&alpha;</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>sin</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>&alpha;</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟四獲取混合因子B；方法如公式(3)所示 <mrow><mi>B</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>&rho;</mi> <mi>a</mi></msub> </mrow> <mrow><mi>K</mi><mo>&CenterDot;</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>a</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟五獲取衛(wèi)星到等效旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的最近斜距R1；方法如公式(4)所示 <mrow><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>R</mi><mn>0</mn> </msub> <mrow><mi>B</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>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 <mrow><msub> <mi>&beta;</mi> <mi>max</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mo>-</mo><msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msqrt> <msup><msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn></msub><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <msub><mi>a</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <msub><mi>c</mi><mn>1</mn> </msub></msqrt> </mrow> <mrow><mn>2</mn><msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mi>a</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中 <mrow><msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>tan</mi><mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac><msub> <mi>&theta;</mi> <mrow><mn>3</mn><mi>dB</mi> </mrow></msub><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mi>b</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>SW</mi><mrow> <mo>_</mo> <mi>a</mi></mrow> </msub> <mn>2</mn></mfrac><mo>&CenterDot;</mo><mi>tan</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>&theta;</mi> <mrow><mn>3</mn><mi>dB</mi> </mrow></msub><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mi>c</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>R</mi> <mn>0</mn></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>tan</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><msub> <mi>&theta;</mi> <mrow><mn>3</mn><mi>dB</mi> </mrow></msub><mn>2</mn> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <msub><mi>SW</mi><mrow> <mo>_</mo> <mi>a</mi></mrow> </msub> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mi>d</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟七獲取方位向天線陣元間隔d；方法如公式(6)所示 <mrow><mi>d</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>Aa</mi> <mrow><msub> <mi>TR</mi> <mrow><mo>_</mo><mi>a</mi> </mrow></msub><mo>&CenterDot;</mo><msub> <mi>n</mi> <mrow><mo>_</mo><mi>a</mi> </mrow></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>步驟八獲取方位向某一個所選位置的坐標(biāo)SW_i；方法如公式(7)所示 <mrow><msub> <mi>SW</mi> <mrow><mo>_</mo><mi>i</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>SW</mi><mrow> <mo>_</mo> <mi>a</mi></mrow> </msub> <mn>2</mn></mfrac><mo>+</mo><mi>i</mi><mo>&CenterDot;</mo><mfrac> <msub><mi>SW</mi><mrow> <mo>_</mo> <mi>a</mi></mrow> </msub> <mrow><mi>Na</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></mfrac> </mrow>i∈(0，Na 1)，i為整數(shù) (7)步驟九根據(jù)步驟一到步驟八得到的結(jié)果，獲取方位向某一個所選位置SW_i處的方位模糊度；根據(jù)前視線照射位置SW_i時的中心波束偏掃角度β1、后視線照射位置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(jìn)行求和，獲取該點(diǎn)處的方位模糊度AASRi；步驟十繪制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A(chǔ)ASRp，進(jìn)行記錄；其中曲線的縱坐標(biāo)為方位模糊度的大小，橫坐標(biāo)為方位向所選位置的坐標(biāo)；步驟十一根據(jù)脈沖重復(fù)頻率變化步長ΔPRF，改變脈沖重復(fù)頻率，重復(fù)步驟一至步驟十，獲取不同脈沖重復(fù)頻率下方位向模糊度的最差值A(chǔ)ASRp，直至到達(dá)脈沖重復(fù)頻率變化范圍的最大值；步驟十二繪制方位向模糊度的最差值隨脈沖重復(fù)頻率的變化曲線，完成對方位向模糊度的優(yōu)化；其中曲線的縱坐標(biāo)為方位向模糊度的最差值的大小，橫坐標(biāo)為脈沖重復(fù)頻率，合理選取脈沖重復(fù)頻率，使柵瓣不進(jìn)入模糊區(qū)，完成方位向模糊度性能指標(biāo)的優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載T0PSAR模式下方位向模糊度的優(yōu)化方法，其特征在 于，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、獲取后視線照射位置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(jù)權(quán)利要求2所述的一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優(yōu)化方法，其特征在 于，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，F(xiàn)a-1)，j 為整數(shù)b、獲取某時刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)Sj； 方法如公式(11)所示
全文摘要
本發(fā)明公開了一種星載TOPSAR模式下方位向模糊度的優(yōu)化方法，包括，讀入相關(guān)參數(shù)，獲取方位向波束3dB寬度、衛(wèi)星到目標(biāo)的最近斜距、混合因子、衛(wèi)星到等效旋轉(zhuǎn)點(diǎn)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(biāo)、方位向某一個所選位置處的方位模糊度，繪制方位模糊度變化曲線，獲取不同脈沖重復(fù)頻率下方位向模糊度的最差值和繪制方位向模糊度的最差值曲線。本發(fā)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(jié)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(dú)立的，可并行處理，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(nèi)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(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者李春升, 楊威, 王鵬波, 陳杰 申請人:北京航空航天大學(xué)