[發明專利]一種通用模式下星載SAR等效噪聲系數的計算方法

有效

• 申請號: 201210208149.X
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102721949A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 王鵬波;門志榮;陳杰;劉月珊;楊威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

1.一種通用模式星載SAR等效噪聲系數的計算方法，其特征在于：包括以下幾個步驟：

步驟一：讀入星載SAR系統的相關參數，包括：軌道高度H，衛星飛行速度v_sat,天線方位向尺寸La，天線距離向尺寸Lr，雷達工作波長λ，方位向分辨率ρ_a，距離向分辨率ρ_r，平均地球半徑R_e，光速c，天線安裝角η_f，波爾茲曼常數K，雷達接收機工作溫度T，雷達接收機噪聲系數F，系統損耗L，天線效率η，發射脈沖信號峰值功率P_t，脈沖寬度t_p，脈沖重復頻率prf，方位向展寬因子K_w，天線中心視角θ_m，測繪帶起始掃描角測繪帶終止掃描角測繪帶中間掃描角等效噪聲系數距離向選取位置點個數N_r和方位向選取位置點個數N_a，距離向測繪帶寬度SW_r，方位向觀測帶寬度SW_a；

步驟二：獲取在中心時刻，波束照射場景中心點時的衛星地距幾何關系參數；具體為：

（1）、以地球球心為原點建立星地空間幾何關系坐標系，其中Z軸方向為由地球球心指向衛星；Y軸方向為以地球球心為起點，方向與衛星速度方向平行；X軸方向為以地球球心為起點，垂直于衛星航跡方向，使該坐標系構成右手直角坐標系；

（2）、獲取在中心時刻，波束照射場景中心點時的波束中心視角θ_m′，入射角β_m′和地心角γ_m'：

（3）、獲取波束照射場景中心點時波束中心照射點與衛星平臺的斜距R_m；

（4）、獲取測場景中心點B點的坐標(x,y,z)；

（5）、獲取場景中心點B點所在距離向的小圓半徑r和距離向離軸角α_B；

（6）、計算星載SAR系統的混合度因子ε；

①若星載SAR系統工作模式為條帶模式，則混合度因子ε＝1；

②若星載SAR系統工作模式為聚束模式，則混合度因子ε＝0；

③若星載SAR系統工作模式為滑動聚束模式，則混合度因子其中ρ_a表示方位向分辨率，La表示天線方位向尺寸；

（7）、利用衛星地距幾何關系，計算衛星平臺與波束中心指向點的斜距在垂直于衛星航跡方向的投影R_o；

步驟三：根據距離向分辨率要求，利用波束照射場景中心點時的入射角β_m′，計算得到信號帶寬B′_r，最終得到發射信號帶寬B_r，具體為：

（1）計算信號帶寬B′_r；

（2）、對信號帶寬B′_r進行近似處理，判斷當B′_r＞1.9GHz時，令發射信號帶寬B_r＝2GHz，當200MHz＜B′_r＜1.9GHz時，令其中，表示對進行取整運算；

步驟四：進行距離向天線寬度展寬；

首先計算距離向觀測帶寬度對應的波束寬度α_r，然后計算滿足天線波束寬度要求的天線等效寬度L_t，最后將天線等效寬度與真實天線寬度進行比較，判斷是否需要將天線等效寬度L_t進行波束展寬，得到展寬后的天線寬度L_t和衰減系數k_t，具體為：

（1）、計算距離向觀測帶寬度對應的波束寬度α_r；

（2）、計算滿足天線波束寬度要求的天線等效寬度L_t；

（3）、將天線等效寬度L_t與天線物理寬度進行比較，判斷是否需要進行波束展寬；若天線等效寬度L_t大于真實天線寬度Lr，則需要進行波束展寬，展寬后的天線寬度為L_t′＝Lr；若天線等效寬度L_t小于真實天線寬度Lr，則天線等效寬度L_t不變，即展寬后的天線寬度L_t′仍為天線等效寬度L_t；

（4）、計算天線寬度展寬比例k_ext，為展寬后天線等效寬度的電尺寸與天線物理寬度的比值；

（5）、判斷若天線寬度展寬比例k_ext滿足1/k_ext＞2.0，則天線等效寬度展寬后造成的衰減系數k_t為k_t＝10^-0.2，若k_ext滿足1.2＜1/k_ext≤2.0，則衰減系數k_t為k_t＝10^-0.1，k_ext滿足1/k_ext≤1.2，則衰減系數k_t為k_t＝10^-0.02；

步驟五：計算所選取方位向第j列位置點的合成孔徑時間t_j，具體為：

（（1）若星載SAR系統工作模式為條帶模式，則計算合成孔徑時間t_j為其中，Ψ為3dB波束寬度，R_o表示衛星平臺與波束中心指向點的斜距在垂直于衛星航跡方向的投影，v_sat表示衛星飛行速度，為測繪帶中間掃描角；

（2）若星載SAR系統工作模式為聚束模式，則計算合成孔徑時間的過程具體為：

①、獲取在雷達照射起始時刻，波束中心的中心視角θ_l′，入射角β_l′和地心角γ_l′；

②、獲取在雷達照射終止時刻，波束中心的中心視角θ_r′，入射角β_r′和地心角γ_r′；

③、計算合成孔徑時間t_j；

（3）若星載SAR系統工作模式為滑動聚束模式，則采用如下方法計算合成孔徑時間，具體為：

①、利用合成孔徑時間計算示意圖中的幾何關系計算所選取方位向第j列位置點對應的距離參量DF；

②、計算所選取方位向第j列位置點對應的起始掃描角α_j和終止掃描角β_j及中間掃描角Ω_j；

③、利用所選取方位向第j列位置點對應的起始掃描角α_j和終止掃描角β_j計算所選取方位向第j列位置點的合成孔徑時間t_j；

步驟六：計算所選取方位向第j列位置點的衛星地距幾何關系參數,具體為：

（1）若星載SAR系統工作模式為條帶模式，則采用如下方法計算衛星地距幾何關系參數，具體為：

①、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心視角θ_j，波束中心照射點的入射角χ_j和地心角γ_j；

②、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心點與衛星平臺的斜距R_j；

③、獲取波束照射第j列位置點時的波束指向點B_j的坐標(X_j,Y_j,Z_j)；

④、獲取波束照射第j列位置點時的波束指向點B_j點所在距離向的小圓半徑r_j和離軸角ζ_j；

（2）若星載SAR工作模式為聚束模式，則采用如下方法計算衛星地距幾何關系參數，具體為：

①、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心視角θ_j，波束中心照射點的入射角χ_j和地心角γ_j；

②、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心點與衛星平臺的斜距R_j；

③、獲取波束照射第j列位置點時的波束指向點B_j的坐標(X_j,Y_j,Z_j)；

④、獲取B_j點所在距離向的小圓半徑r_j和離軸角ζ_j；

（3）若星載SAR系統工作模式為滑動聚束模式，則采用如下方法計算衛星地距幾何關系參數，具體為：

①、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心視角θ_j，波束中心照射點的入射角χ_j和地心角γ_j；

②、獲取波束照射方位向第j列位置點時的波束中心點與衛星平臺的斜距R_j；

③、獲取波束照射第j列位置點時的波束指向點中心點B_j的坐標(X_j,Y_j,Z_j)；

④、獲取B_j點所在距離向的小圓半徑r_j和離軸角ζ_j；

步驟七、獲取所選取位置點(i,j)在距離向天線方向圖中的增益，其中i表示位置點對應的距離向行數，j表示其對應的方位向列數，具體為：

（1）、計算距離向相鄰位置點對應的小圓圓心角ΔΛ_j；

（2）、計算位置點(i,j)對應的小圓圓心角Λ_ij；

（3）、計算位置點(i,j)對應的離軸角ζ_ij；

（4）、計算位置點(i,j)在距離向天線方向圖中的天線增益G_ij；

步驟八：計算所選取的位置點(i,j)的等效噪聲系數NEσ⁰_ij：

（1）若星載SAR系統工作模式為條帶模式，則采用如下方法計算等效噪聲系數NEσ⁰_ij，具體為：

①、計算所選取的位置點(i,j)與衛星平臺的斜距R_ij；

②、計算天線增益G0_ij；

③、計算所選取的位置點(i,j)的等效噪聲系數NEσ⁰_ij；

（2）若星載SAR系統工作模式為聚束模式，則采用如下方法計算等效噪聲系數NEσ⁰_ij，具體為：

①、計算各采樣時刻所選取的位置點(i,j)與衛星平臺的斜距矩陣R_ij，R_ij為1×N_j的矩陣，其中N_j＝t_j·prf，其中t_j表示合成孔徑時間，prf表示脈沖重復頻率；N_j表示合成孔徑時間內的采樣點個數；

②、計算所選取方位向第j列位置點對應的天線增益Ga_j；

③、計算天線峰值增益；

④、計算所選取的位置點(i,j)的等效噪聲系數NEσ^0ij；

（3）若星載SAR系統工作模式為滑動聚束模式，則采用如下方法計算等效噪聲系數NEσ⁰_ij，具體為：

①、計算采樣時刻所選取的位置點(i,j)與衛星平臺的斜距矩陣R_ij[N_j]，其中N_j＝t_j·prf；

②、計算天線增益；

③、計算所選取的位置點(i,j)的等效噪聲系數NEσ⁰_ij；

步驟九：判斷方位向第j列的N_r個位置點是否全部完成步驟七到步驟八的計算，若沒有計算完畢，則返回步驟七繼續執行；若全部計算完畢，則執行步驟十；

步驟十：判斷方位向的N_a列是否全部完成步驟五到步驟八的計算，若沒有計算完畢，則返回步驟五繼續執行；若全部計算完畢，則執行步驟十一；

步驟十一：將計算得到的N_a×N_r個等效噪聲系數NEσ⁰_ij繪制成隨距離向和方位向變化的三維曲面。