[發明專利]基于波束指向調整的系統靈敏度優化設計方法

在審

• 申請號: 201710353390.4
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107271995A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 路瑞峰;劉艷陽;魏春;張丙良;徐敏;陳筠力;余輝;楊勇
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: 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

技術領域

本發明涉及一種設計新方法，特別是涉及一種基于波束指向調整的系統靈敏度優化設計方法。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)因其全天時全天候高分辨率對地觀測能力在軍事及民用領域得到了廣泛的應用，如戰場偵查、海洋監測、農業普查及地形測繪等。系統靈敏度是SAR圖像應用的主要指標之一，它反映了合成孔徑雷達能夠成像的后向散射系數下限。系統靈敏度表征了衛星對弱小目標的觀測能力，是反映SAR圖像信噪比的重要指標，因而也是星載SAR系統參數設計中需要考慮的重要因素。

系統靈敏度與峰值發射功率、發射信號脈沖寬度、天線增益、脈沖重復頻率、入射角、信號帶寬、波長等諸多因素相關，系統靈敏度的優化是一個復雜的系統工程。一般可以通過提高天線增益、提高天線效率、增大峰值發射功率等方法改善系統靈敏度指標，但上述方法受到衛星能源、重量、天線尺寸等的限制，代價較高。

隨著合成孔徑雷達技術的發展，新體制的應用層出不窮，如干涉合成孔徑雷達高度計等，提出了低視角的觀測需求，但低視角時，傳統設計方法系統靈敏度在視角范圍內變化劇烈，近端和遠端差異明顯，導致圖像質量不均勻等問題，如何改善系統靈敏度亟需重點開展研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于波束指向調整的系統靈敏度優化設計方法，其能夠在一定程度上解決SAR系統設計中系統靈敏度近端和遠端差異大的問題，在低入射角時效果尤其顯著，進而有效保障SAR系統對地觀測性能。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種基于波束指向調整的系統靈敏度優化設計方法，其包括以下步驟：

步驟一，依據系統參數進行波位設計；

步驟二，計算各波位系統靈敏度；

步驟三，計算波束指向調整量；

步驟四，按照新的波束指向設計方向圖；

步驟五，計算調整后的系統靈敏度。

優選地，所述步驟一依據初步設計的系統參數，進行波位設計，確定各波位的PRF及視角范圍。

優選地，所述步驟二根據系統參數及方向圖數據如下式所示計算各波位的系統靈敏度，

其中k為波爾茲曼常數，k取1.38×10^-23J/K；T為星載SAR接收系統噪聲溫度；Fn為整個接收通道的噪聲系數；L為損耗，L包括系統損耗和大氣損耗等；B為線性調頻信號帶寬；v_s為衛星速度；R為SAR天線相位中心至地物的斜距；θ_i為入射角；λ指載波波長；P_t表示峰值發射功率；τ_p表示發射信號脈沖寬度；Gt和Gr分別指天線發射增益和接收增益；f_p為脈沖重復頻率；c為光速。

優選地，所述步驟三以近端視角系統靈敏度與遠端視角系統靈敏度相同為優化目標函數，以中心下視角為初值，搜索計算各波位波束指向調整量，調整后波束中心指向為θ_L1。

優選地，所述步驟四按照調整后的波束中心指向θ_L1設計方向圖，波位的起始視角及結束視角與調整前相同。

優選地，所述步驟五利用調整后的方向圖，根據上式(1)所示計算波束中心指向調整后各波位的系統靈敏度，調整后各波位的系統靈敏度。

本發明的積極進步效果在于：本發明能夠提出調整波束中心指向的方法優化系統靈敏度，能夠提出基于波束中心指向調整的系統靈敏度優化設計方法對系統硬件無額外需求，在小視角時改善效果較為明顯。

附圖說明

圖1為本發明的流程示意圖。

圖2為優化前各波位系統靈敏度曲線圖。

圖3為優化后各波位系統靈敏度曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。

如圖1所示，本發明基于波束指向調整的系統靈敏度優化設計方法包括以下步驟：

步驟一，依據系統參數進行波位設計；

步驟二，計算各波位系統靈敏度；

步驟三，計算波束指向調整量；

步驟四，按照新的波束指向設計方向圖；

步驟五，計算調整后的系統靈敏度。

所述步驟一依據初步設計的系統參數如下表1所示，進行波位設計，確定各波位的PRF(pulse recurrence frequency，脈沖重復頻率)及視角范圍。