[发明专利]一种基于距离分割的SAR回波时频混合模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，它特别涉及一种具有高精度的SAR面目标回波模拟方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)的概念于上世纪50年代提出，由于SAR系统本身所具有的全天时、全天候和高分辨率成像等特点，使得SAR系统在发展初期就引起了人们的注意。1978世界第一颗搭载合成孔径雷达系统的SEASAT卫星在美国成功发射，标志着合成孔径雷达进入空间领域，也掀起了合成孔径雷达系统信号处理及其应用研究的高潮。时至今日，SAR系统在民用和军用领域中发挥的作用和巨大的潜力依旧是世界各国研究的热点。

SAR系统的建立所需成本往往比较高，尤其是星载SAR系统，所以在建设初期，往往采用模拟的方法对系统的一些核心部分进行功能验证。

在SAR回波模拟中，具体可以做如下区分：

(一)根据模拟对象的不同，主要可以分为点目标模拟和面目标模拟。点目标的模拟可以用来验证系统的具体性能指标，为面目标回波的模拟提供基础；面目标的模拟则对系统的整体效果进行估计。

(二)根据模拟域的不同，则主要可以分为时域模拟和频域模拟，其中：

(1)时域模拟：根据飞行器的飞行时间，计算在当前脉冲发射时刻波束照射范围内的目标数量，求得各个目标同飞行平台之间的相对位置和距离，同时根据目标的不同后向散射特性，求得每个目标的回波，并根据距离的不同进行一定时延后进行叠加，从而得到当前发射脉冲的回波数据。以此类推，随着飞行器的不断前进，计算每个脉冲的发射时间，得到每个脉冲发射后的回波数据，直至整个场景回波计算完毕。这种方法得到的结果较为精确，但是计算量太大，模拟速度慢。

(2)频域模拟：传统面目标的频域模拟主要采取二维快速傅里叶变换的方法。该方法从整个场景中各个散射单元对整个SAR回波信号的贡献出发，根据面目标回波信号是各个分辨单元的冲激响应与目标散射特性的卷积这一原理，利用由点目标回波得到的系统转移函数和面目标的二维后向散射系数，再结合二维快速傅里叶变换，将两者变换到二维频域，通过做相乘处理来实现时域上的卷积结果，降低了计算量。但在计算转移函数的时候中心距离一般选择为面目标中心场景到飞行平台的最近距离，然后进行坐标变换，继而求出表达式，并且在模拟的过程中，需要对已有场景的频谱进行插值或者近似处理求得变换后的频谱，这就使得频域模拟的回波数据不如时域模拟精确。

根据上述比较，时域模拟特点是精度高，但计算量大，尤其是在大场景模拟时，模拟时间会比较长；频域模拟的精度不如时域模拟的高，但计算量却比时域模拟要小很多。也有将两种模拟域的方法结合起来进行场景回波模拟，但是需要分别计算系统的距离向冲激响应和方位向冲激响应，需要两次循环才能得到回波数据，降低了计算效率。

综合以上各种方法，考虑到在面目标场景回波计算中，相同距离向上的点可以认为具有相同的多普勒历程，因此采用一种基于距离分割的方法对场景按距离向的不同进行分割，在回波模拟精度和速度间进行折中，提出一种新的SAR回波时频混合模拟方法。

发明内容

本发明在兼顾回波模拟精度和模拟速度的情况下，提供一种基于对面目标场景进行距离分割的、新的时频混合的SAR面目标回波数据模拟方法，具有实用性和有效性。

基于距离分割的时频混合SAR回波数据模拟方法，包括如下步骤：

步骤一：输入SAR系统参数，包括平台飞行高度H、平台的有效飞行速度v、雷达工作频率f_c、发射脉冲线性调频率K_r、发射脉宽T_r、天线长度D，波束入射角θ等；

步骤二：根据系统参数计算出系统的理论空间分辨率，包括距离向辨率和方位分辨率；

步骤三：输入离散化的面目标场景的二维后向散射系数矩阵σ(r，a)，大小为N_a行×N_r列，每一个矩阵单元值代表一个系统分辨单元等效的后向散射系数，将矩阵的行方向记为距离向方向，列方向记为方位向方向，这就意味着处于同一列的分辨单元具有相同的距离向坐标，然后按照距离向的不同对矩阵进行分割，并对矩阵的每一列进行编号，分别记为距离线1，距离线2......距离线N_r。