[發明專利]高分辨率微波成像衛星星地一體化仿真方法

有效

• 申請號: 201710055237.3
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106908770B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 姜巖;薛伶玲;莊磊;涂上坦
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01S7/292
• 分類號: G01S7/292;G01S13/90
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種高分辨率微波成像衛星星地一體化仿真方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一，星地全鏈路誤差梳理；

步驟二，誤差影響分析與建模；

步驟三，雷達目標回波仿真；

步驟四，成像處理；

步驟五，成像結果評估；

所述步驟一中具體包括以下步驟：

步驟一十一，考慮的星地一體化指標包括方位向成像性能指標，距離向成像性能指標，定位精度和輻射精度；

步驟一十二，影響星地一體化指標的衛星平臺和載荷誤差因素梳理，包括平臺時鐘、姿態數據、軌道數據、SAR系統參數和SAR天線參數；

步驟一十三，影響星地一體化指標的空間誤差因素梳理，包括電離層的群延遲、衰減、色散和閃爍以及大氣層的延遲、衰減；

步驟一十四，影響星地一體化指標的地面因素梳理，包括目標場景的動態范圍、信雜比、高程精度，地面接收系統的誤碼率，成像處理系統參數估計誤差、處理算法誤差、方向圖數據庫誤差、地球數字高程模型庫誤差，地面定標系統的幾何標定誤差、輻射標定誤差、方向圖測試誤差和波束指向標定誤差；

所述步驟二中具體包括以下步驟：

步驟二十一，將影響因素進行分類，具體包括影響距離向成像性能的SAR系統幅相誤差和SAR天線色散誤差、電離層色散、成像處理誤差、方向圖測試誤差和波束指向標定誤差，影響方位向成像性能的姿態誤差、軌道誤差、電離層和大氣延遲誤差、DEM誤差、參數估計誤差、幾何標定誤差、成像處理誤差、方向圖測試誤差和波束指向標定誤差，影響定位精度的時鐘誤差、軌道誤差、幾何標定誤、DEM誤差和處理算法誤差，影響輻射精度的SAR系統內定標誤差、方向圖數據庫誤差、參數估計誤差、處理算法誤差、輻射標定誤差、方向圖測試誤差和波束指向標定誤差、目標場景的動態范圍、信雜比；

步驟二十二，誤差對于距離向成像性能的影響原理均歸結為引起線性調頻信號畸變的幅度和相位誤差模型；幅度誤差模型如下式所示，其中H(ω)為幅度誤差在頻域的表示，a₀為常數項，m為簡諧畸變次數，a_m為誤差系數，c_m為余弦周期尺度；

相位誤差模型如下式所示，相位誤差在頻域的表示，b₀為線性相位項系數，n為簡諧畸變次數，b_n為誤差系數，c_n為余弦周期尺度；

步驟二十三，誤差對于方位向成像性能的影響原理均歸結為引起SAR天線相位中心與地面目標間的斜距向量發生變化，這個斜距包括回波數據中體現的即成事實的斜距以及計算多普勒參考函數所用的測量斜距，星地斜距變量如下式所示，其中R_sat(t)為衛星位置矢量，R_t(t)為目標位置矢量，c為光速，Δτ為幾何標定后殘余的SAR通道時延誤差以及大氣、電離層延時誤差，軌道誤差主要影響R_sat(t)，高程誤差主要影響R_t(t)；

|R(t)|＝|R_sat(t)-R_t(t)|+cΔτ/2

步驟二十四，誤差對定位精度的影響主要分測軌誤差、斜距誤差、高程誤差和時鐘誤差四種因素分析，對于時鐘誤差，主要引入回波數據時標誤差Δt，造成圖像沿飛行方向的定位誤差Δx＝V_e·Δt，其中V_e為等效速度；

步驟二十五，誤差對輻射精度的影響歸結為方向圖誤差影響、空間損耗、成像處理誤差、內定標和輻射定標誤差；其中方向圖誤差具體包括姿態誤差、SAR天線波束指向誤差、方向圖形狀差的影響，空間損耗包括大氣和電離層衰減；方位向方向圖誤差模型如下式所示，其中A、ω₀和分別為方位向波束抖動的幅度、角頻率和初始相位，D_a為天線方位向尺寸，V_e為星地等效速度，φ為等效斜視角，λ為波長，R為斜距；

距離向方向圖誤差模型如下式所示，其中θ_rm、ω₀和分別為距離向波束抖動的幅度、角頻率和初始相位，D_r為天線距離向尺寸，θ_r0為滾動向波束離軸角，

所述步驟三中具體包括以下步驟：

步驟三十一，首先確定輸入參數，各參數的誤差模型根據步驟二確定；

步驟三十二，建立SAR成像的星地幾何關系模型和脈沖信號模型，綜合各影響因素，計算原始回波信號、多普勒參數和雷達系統參數，回波仿真數據獲取流程通過全數字仿真試驗，也通過半物理仿真試驗；

步驟三十三，將回波仿真結果進行打包，形成數據輸出文件；

所述步驟四中具體包括以下步驟：

步驟四十一，對原始回波數據文件解包，提取雷達工作參數、時間碼、軌道參數、姿態參數、導航數據和SAR原始回波數據，對SAR原始回波數據進行解BAQ、通道不平衡校正預處理，對雷達工作參數進行解碼和格式轉換，對時間碼、軌道參數、姿態參數進行插值、時間對準工作，對導航原始觀測量進行事后處理來提高衛星測軌精度；

步驟四十二，利用星歷參數、在軌幾何定標數據、在軌波束指向標定結果和DEM數據進行多普勒參數計算，并基于原始回波數據進行高精度多普勒參數估計；

步驟四十三：利用多普勒參數和雷達工作參數對原始回波數據進行成像處理，獲得原始復圖像；

步驟四十四，利用定標常數、在軌方向圖測試數據、地面方向圖測試數據和在軌幾何標定數據對原始復圖像進行輻射校正和幾何校正，獲得SAR圖像二級產品；

所述步驟五中成像結果評估分為點目標評估和場景目標評估，對于點目標主要評估指標包括分辨率、峰值旁瓣比、積分旁瓣比、峰值功率、峰值相位、定位精度、輻射精度，對于場景目標主要評估指標包括圖像均值、方差、動態范圍、等效視數、輻射分辨率。