[发明专利]一种星载TOPSAR模式下方位向模糊度的优化方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及一种优化方法，特别涉及一种星载TOPSAR模式下方位向模糊度的优化方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种主动对地成像微波雷达，较普通光学成像雷达而言，其不受天气和气候的影响，可全天候、全天时的完成对地观测任务，因此在军事侦察、资源探测、海洋观测、生态监测等方面得到了广泛的应用。

方位向模糊度是星载SAR中的一个重要指标，其直接反映了方位向副瓣信号对主瓣信号干扰程度的大小，在系统设计、波位选取时，方位模糊度是主要的考核指标之一。在成像处理中，我们针对的是主瓣内(归一化双程天线方向图-6dB对应的波束宽度)的回波信号在频域进行匹配滤波处理，但由于脉冲采样频率有限(称为脉冲重复频率，PRF)以及方位向天线旁瓣的存在，因此在频域内，当旁瓣信号对应的频率超过脉冲采样频率时，就会反折到方位向主瓣内，造成对主瓣的干扰，如图1所示，例如图中标示了A₊₁和A_-1的反折示意图，其它区域A₊₂、A₊₃、A_-2、A_-3也会同样反折到主瓣之内。因此在进行系统设计时，需要对方位向模糊度进行优化设计。因为脉冲重复频率决定了模糊区的位置，因此尤其需要对脉冲重复频率进行优化设计，使模糊区的内的能量尽可能小。

宽观测带一直是星载SAR的一个重要发展方向。传统的实现方法是采用扫描模式(ScanSAR模式)，但其缺陷在于在ScanSAR工作模式下，处于方位向不同位置的目标，其方位向模糊度是不同的，这种方位向空变现象将造成SAR图像视觉感变差，不利于后续应用处理。而近些年来，产生了一种新的工作模式——TOPSAR(Terrain Observation by ProgressiveScans)，在该模式下，天线波束沿飞行方向进行扫描，方位向每一个目标都将受到完整方位向天线方向图调制，因此其方位向模糊信号大小相同，其工作模式如图2所示，其中R₁为卫星到等效旋转点的最近斜距，R₀为卫星到目标的最近斜距，θ_3dB为归一化双程天线方向图-6dB对应的波束宽度，SW_{_a}为方位向测绘带宽度，SW_{_j}所选位置的坐标，γ_j为某时刻卫星和目标的夹角，β_j为某时刻天线波束偏扫角度，S_j为某时刻卫星的位置坐标。但实际上，现在的SAR天线采用的是相控阵天线，相位的偏扫将使得栅瓣出现，如图3所示，本图中只以天线偏扫角度为2度，角度变化范围为-20度到20度时的情形为例，说明天线波束的偏扫将导致栅瓣的产生。实际上，栅瓣大小随扫描角变换而变化，因此在不同的方位向位置上，其对应的扫描角不同，产生的栅瓣大小不同，因此方位向模糊度也略有差别。而目前在星载TOPSAR工作模式下，有考虑方位向模糊度和扫描角随方位向位置变化的现象，同时也没有通过对脉冲重复频率的设置实现方位模糊度的优化。因此，针对星载TOPSAR这种工作模式，本发明提出了一种星载TOPSAR模式下方位模糊度的优化方法，利用本发明能更准确的反映出方位向模糊度随方位向位置变化的现象，同时通过合理设置脉冲重复频率使栅瓣不进入模糊区，实现方位向模糊度性能的优化。

发明内容

本发明的目的是针对目前星载TOPSAR工作模式下，没有考虑方位向模糊度和扫描角随方位向位置变化的现象，同时也没有通过对脉冲重复频率的设置实现方位模糊度的优化这一问题，提出一种星载TOPSAR模式下方位模糊度的优化方法。

本发明的一种星载TOPSAR模式下方位模糊度的优化方法，包括以下几个步骤：

步骤一：通过星载SAR系统参数表获取参数，包括：脉冲重复频率PRF变化范围，脉冲重复频率变化步长ΔPRF，天线长度Aa，方位向天线TR组件个数TR_{_a}，每一个TR组件的馈源数n_{_a}，信号的波长λ，雷达对地观测中心视角α，地球平均半径Re，卫星飞行高度H，卫星等效飞行速度V，方位向设计分辨率ρ_a，方位向分辨率展宽系数K，方位向测绘带宽度SW_{_a}，方位向选取位置数目Na，频点划分数目Fa，模糊区选择数目Ma；

步骤二：获取方位向波束3dB宽度θ_3db；

方法如公式(1)所示：