專利名稱：一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，屬于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種全天時、全天候的高分辨率的微波遙感成像雷達(dá)，可安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行平臺上。在環(huán)境監(jiān)測、海洋觀測、資源勘探、農(nóng)作物估產(chǎn)、 測繪和軍事等方面的應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可發(fā)揮其他遙感手段難以發(fā)揮的作用。星載SAR波位設(shè)計是星載SAR總體設(shè)計的一個重要方面，主要是在不同的視角對脈沖重復(fù)頻率等工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。波位設(shè)計包括波束參數(shù)設(shè)計和工作參數(shù)設(shè)計。其中，波束參數(shù)包括波束寬度、波束指向、旁瓣水平；工作參數(shù)包括脈沖重復(fù)頻率、起始采樣時刻、回波窗口信息等。為了滿足系統(tǒng)的測繪帶寬度、分辨率、距離模糊比、 方位模糊比和等效噪聲后向散射系數(shù)等指標(biāo)要求，需要對系統(tǒng)的波束參數(shù)、工作參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，通過折衷得到各波位下滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)的工作參數(shù)。傳統(tǒng)的低地球軌道(LEO) SAR系統(tǒng)的合成孔徑時間短，地球自轉(zhuǎn)引入的等效斜視效應(yīng)較小，在一個合成孔徑時間內(nèi)距離徙動相對于測繪帶的回波時延來說較小，在系統(tǒng)設(shè)計層面可以忽略。但是在GEO SAR中，軌道高度大，地球自轉(zhuǎn)影響嚴(yán)重，未進(jìn)行零多普勒控制時，等效斜視效應(yīng)嚴(yán)重，在一個合成孔徑時間內(nèi)距離徙動很大，計算回波開啟時間和回波窗口信息時必須考慮等效斜視效應(yīng)對測繪帶斜距信息的影響；而且GEO SAR相干積累時間長，不同的系統(tǒng)分辨率或在不同的軌道位置時相干積累時間各不相同，需要針對不同的軌道位置、波束中心視角和系統(tǒng)的分辨率需求計算相干積累時間。傳統(tǒng)的波位設(shè)計方法基于 LEO SAR的正側(cè)視模式給出，未考慮等效斜視效應(yīng)帶來的距離徙動的影響，而且未考慮不同相干積累時間的需求，會導(dǎo)致真實(shí)的回波受到發(fā)射脈沖或星下點(diǎn)回波的遮擋。因此需要提出一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法來解決這些問題。所以，提出一種能夠精確進(jìn)行GEO SAR波位設(shè)計的方法，對于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和整體仿真尤其重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了改善現(xiàn)有技術(shù)在傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計中的不足，針對地球自轉(zhuǎn)的影響，提出一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法。本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，包括如下步驟設(shè)定衛(wèi)星運(yùn)行軌道為橢圓軌道，半長軸為a，偏心率為e，軌道傾角為α i，近地點(diǎn)幅角為ω，衛(wèi)星到地心的距離為Rs，衛(wèi)星運(yùn)行的角速度為，衛(wèi)星的速度平臺為Vs，平臺與目標(biāo)的相對速度為Vst，衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)所在位置的緯度幅角為α，斜距平面內(nèi)雷達(dá)觀測的視角為中心視角Y，地球半徑為民，地球的自轉(zhuǎn)速度為，衛(wèi)星到目標(biāo)的中心斜距為R，目標(biāo)所在位置的地心角為P，系統(tǒng)的工作波長為λ，發(fā)射信號的脈沖寬度為Τρ，保護(hù)帶時間為 Tg，脈沖重復(fù)頻率為PRF。步驟一，根據(jù)衛(wèi)星平臺所處位置的緯度幅角α、波位的中心視角θ i和系統(tǒng)分辨率 P…計算滿足系統(tǒng)指標(biāo)所需要的相干積累時間Ta。次優(yōu)分辨的情況下，相干積累時間取決于系統(tǒng)要求的分辨率大小，具體計算如下
權(quán)利要求
1. 一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟步驟一，根據(jù)衛(wèi)星平臺所處位置的緯度幅角a、波位的中心視角Si和系統(tǒng)分辨率 P…計算滿足系統(tǒng)指標(biāo)所需要的相干積累時間Ta ；次優(yōu)分辨的情況下，相干積累時間取決 于系統(tǒng)要求的分辨率大小，具體計算如下 其中，Vst為平臺與目標(biāo)的相對速度，A為系統(tǒng)的工作波長；R為中心斜距； 斜距平面內(nèi)雷達(dá)觀測的中心視角為e i的波位對應(yīng)的中心斜距R為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，其特征在于所述步驟二中αs取決于衛(wèi)星平臺走過的軌跡長度和衛(wèi)星平臺的地心距
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，其特征在于所述步驟四中脈沖重復(fù)頻率的優(yōu)化選擇原則為根據(jù)距離向模糊比、方位向模糊比和等效噪聲后向散射系數(shù)的指標(biāo)要求，通過不斷的迭代選出同時滿足上述指標(biāo)要求的最小脈沖重復(fù)頻率值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傾斜地球同步軌道合成孔徑雷達(dá)的波位設(shè)計方法，屬于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過滿足系統(tǒng)指標(biāo)所需要的相干積累時間，計算衛(wèi)星平臺運(yùn)行走過的緯度幅角范圍，再根據(jù)衛(wèi)星平臺與目標(biāo)的相對幾何關(guān)系，考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，精確計算測繪帶的回波窗口信息；然后根據(jù)星下點(diǎn)回波和發(fā)射脈沖遮擋，計算有效的PRF范圍，并繪制斑馬圖。在有效PRF范圍內(nèi)，設(shè)計工作參數(shù)，優(yōu)化選擇PRF，滿足系統(tǒng)性能的要求，完成GEO SAR波位設(shè)計，能夠更為精確的計算得到GEO SAR的測繪帶的最小斜距和回波窗口信息，尤其適用于橢圓軌道、不能忽略地球自轉(zhuǎn)的星載SAR平臺的波位設(shè)計。
文檔編號G01S13/90GK102508243SQ201110323769
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者曾濤, 朱宇, 胡程, 董錫超, 龍騰 申請人:北京理工大學(xué)