[發明專利]一種通用模式下星載SAR距離向模糊度的計算方法

有效

• 申請號: 201210208826.8
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102736073A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 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

1.一種通用星載SAR模式下的距離向模糊度計算方法，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，天線距離向尺寸L_r，雷達工作波長λ，平均地球半徑R_e，光速c，脈沖重復頻率PRF，天線中心視角θ_m，起始掃描角終止掃描角中間掃描角距離向測繪帶寬度SW_r，距離向選取位置數目Fr；

步驟二：獲取斜視狀態下距離向參數；；

（1）建立坐標系，；坐標原點為地球球心；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）、獲取斜視狀態下波束中心視角θ_m′；；

其中θ_m為天線中心視角，為中間掃描角；

（3）、獲取斜視下測繪帶中心點斜距R_m；

Re+Hsinβm′=Resinθm′---(2a)]]>

γ_m′＝β_m′-θ_m′?????(2b)

Rm=(Re+H)2+Re2-2Re·(Re+H)·cosγm′---(2c)]]>

其中，β_m′和γ_m′為觀測帶中心點的入射角和地心角，H為軌道高度，R_e為平均地球半徑，θ_m′為斜視狀態下波束中心視角；

（4）、獲取測繪帶中心點B的坐標(x,y,z)；

z＝R_e+H-R_m·cosθ_m′????(3b)

x=Re2-y2-z2---(3c)]]>

其中，R_m為斜視下測繪帶中心點斜距，為中間掃描角，H為軌道高度，R_e為平均地球半徑，θ_m′為斜視狀態下波束中心視角，x、y和z分別為測繪帶中心點B的X軸、Y軸和Z軸坐標；

（5）、獲取測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑r和距離向離軸角α_B；

r=Re2-y2---(4a)]]>

sinγB=xr---(4b)]]>

r2+(Re+H)2-2r·(Re+H)·cosγBsinγB=rsinαB---(4c)]]>

其中，γ_B為測繪帶中心點B點所在小圓的圓心角，R_e為平均地球半徑，(x,y,z)為測繪帶中心點B的坐標，H為軌道高度，y為測繪帶中心點B的Y軸坐標；

步驟三：進行距離向天線寬度展寬；

（1）、獲取距離向3dB波束寬度θ_3dB；

θ3dB=0.886λLr---(5)]]>

其中λ為雷達工作波長，L_r為天線距離向尺寸；

（2）、獲取斜視下，距離向波束寬度α_r；

γ1=SW_r2r---(6a)]]>

Rmax=r2+(Re+H)2-2r·(Re+H)·cos(γB+γ1)+y2---(6b)]]>

sinαmax=r·sin(γB+γ1)r2+(Re+H)2-2r·(Re+H)·cos(γB+γ1)---(6c)]]>

Rmin=r2+(Re+H)2-2r·(Re+H)·cos(γB-γ1)+y2---(6d)]]>

sinαmin=r·sin(γB+γ1)r2+(Re+H)2-2r·(Re+H)·cos(γB-γ1)---(6e)]]>

α_r＝α_max-α_min?????(6f)

其中，γ₁為半測繪帶寬度在小圓內對應的圓心角，R_max和R_min分別為測繪帶與衛星平臺的最大斜距和最小斜距，α_max和α_min分別為測繪帶在小圓平面內對應的距離向最大離軸角和最小離軸角，SW_r為距離向測繪帶寬度，r為測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑，R_e為平均地球半徑，H為軌道高度，γ_B為測繪帶中心點B點所在小圓的圓心角，y為測繪帶中心點B的Y軸坐標；

（3）、比較距離向波束寬度α_r和距離向3dB波束寬度θ_3dB的大小，判斷是否需要展寬距離向天線寬度L_r，若距離向波束寬度α_r大于距離向3dB波束寬度θ_3dB，則進行展寬，展寬后的距離向天線寬度記為L_t：

Lt=0.886λαr+0.001---(7)]]>

若距離向波束寬度α_r小于距離向3dB波束寬度θ_3dB，則不進行展寬，L_t=L_r；

步驟四：獲取模糊區數目Nr；

Ramax=(Re+H)2-Re2---(8a)]]>

Ramin=y2+(Re+H-r)2---(8b)]]>

Smin=-[2(Rmin-Ra min)c·PRE]---(8c)]]>

Smax=-[2(Rmax-Ra max)c·PRE]---(8d)]]>

Nr＝S_max-S_min????????(8e)

其中，R_a?max和R_a?min分別為模糊區最遠斜距和最近斜距，S_max和S_min分別為模糊區最大序號和最小序號，[x]表示取不大于x的最大整數，R_e為平均地球半徑，H為軌道高度，r為測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑，c為光速，PRF為脈沖重復頻率，y為測繪帶中心點B的Y軸坐標；

步驟五：獲取模糊區能量Ea；

（1）、在測繪帶距離向上均勻選取Fr個位置；Fr為距離向選取位置數目；

（2）、求取測繪帶距離向上第j個位置與衛星平臺的斜距R_j；

Δγ=SW_rr·Fr---(9b)]]>

Rj=(sin(γB-γ1)+j·Δγ)2·r2+y2+((cos(γB-γ1)+j·Δγ)·r-(Re+H))2---(9d)]]>

其中，Δγ為圓心角歩距，SW_r為距離向測繪帶寬度，r為測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑，Fr為距離向選取位置數目，r為測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑，c，R_e為平均地球半徑，H為軌道高度，γ₁為半測繪帶寬度在小圓內對應的圓心角，γ_B為測繪帶中心點B點所在小圓的圓心角，y為測繪帶中心點B的Y軸坐標；

（3）、求取第S_i模糊區里第j個位置與衛星平臺的斜距和離軸角α_ij；

Raij=Rj+Si·c2·PRE---(10a)]]>

cosγij=r2+(Re+H)2+y2-Raij22r·(Re+H)---(10b)]]>

rsinαij=r2+(Re+H)2+y2-Raij2sinγij---(10c)]]>

其中，γ_ij為所對應的圓心角，S_i為模糊區序號，PRF為脈沖重復頻率，c為光速，R_j為測繪帶距離向上第j個位置與衛星平臺的斜距，r為測繪帶中心點B點所在距離向的小圓半徑，R_e為平均地球半徑，H為軌道高度，y為測繪帶中心點B的Y軸坐標；

（4）、求取第S_i模糊區里第j個位置的距離向天線方向圖Wr_ij；

Wrij=sin2(π·Lt·(sinαij-sinαB)/λ)(π·Lt·(sinαij-sinαB)/λ)2---(11)]]>

其中α_ij為離軸角，λ為雷達工作波長，L_t為展寬后的距離向天線寬度，α_B為距離向離軸角；

（5）、求取第S_i模糊區里第j個位置返回的能量E_ij；

cos(π-βij′)=Raij2+Re2-(Re+H)22Re·Raij---(12a)]]>

Eij=Wrij2·σ0sinβij′·Raij3---(12b)]]>

其中，β_ij′為入射角序列，σ₀表示地面后向散射系數，R_e為平均地球半徑，H為軌道高度，表示第S_i模糊區里第j個位置與衛星平臺的斜距；

（6）、重復步驟（2）到（5），計算出所有位置返回的能量；

（7）、求取第j個位置返回的總能量E_allj和模糊區能量Ea_j；

Eallj=ΣiEij---(13a)]]>

Eaj=Eallj-E(|Smin|+1)j---(13b)]]>

其中s_min為模糊區最小序號，E_ij為第S_i模糊區里第j個位置返回的能量，為i＝|s_min|+1時第S_i模糊區里第j個位置返回的能量；

步驟六：求取第j個位置的距離向模糊度RASR_j;

RASRj=10·log10(EajE(|Smin|+1)j)---(14)]]>

其中Ea_j為模糊區能量，s_min為模糊區最小序號；

步驟七：繪制距離向模糊度隨距離向位置的變化曲線。