[发明专利]基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计方法有效

专利信息
申请号: 201810618721.7 申请日: 2018-06-15
公开(公告)号: CN108562902B 公开(公告)日: 2021-08-03
发明(设计)人: 李真芳;马秀露;王跃锟;吕争;索志勇 申请(专利权)人: 西安电子科技大学
主分类号: G01S13/90 分类号: G01S13/90
代理公司: 西安睿通知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 61218 代理人: 惠文轩
地址: 710071*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 模拟 退火 算法 高低 基地 sar 构型 设计 方法
【说明书】:

发明公开了一种基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计方法,属于信号处理技术领域,其主要思路为:确定高轨SAR卫星和低轨SAR卫星,建立地固坐标系,确定目标位置矢量PT,然后确定目标位置矢量PT对应的合成孔径中心时刻t0;计算得到t0时刻地面场景距离分辨率、t0时刻地面场景方位分辨率、t0时刻地面场景二维分辨率方向角以及t0时刻噪声等效后向散射系数后,然后构建t0时刻非线性多变量的目标函数;最后基于模拟退火算法求解t0时刻非线性多变量的目标函数,得到目标位置矢量PT对应的合成孔径最优中心时刻、低轨SAR卫星的最优下视角以及低轨SAR卫星的地面最优斜视角后作为基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计结果。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域,特别涉及一种基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计方法,适用于以高轨SAR卫星发射的合作信号作为主动照射源、低轨SAR卫星被动无源接收地面散射信号的双基SAR系统的构型规划与设计。

背景技术

星载合成孔径雷达(SAR)是微波遥感设备中发展最迅速和最有效的传感器之一,并且作为主动式传感器能不受光照和气候条件的限制,可实现全天时、全天候对地观测。

高轨SAR(GEO SAR)卫星的轨道高度为35786km,生存能力强,且地面覆盖范围广、时间分辨率高,但空间分辨率低,几乎不可能达到1m以内的分辨率;低轨道SAR(LEO SAR)卫星轨道高度通常在500km~1000km,其空间分辨率高,可达亚米级,但时间分辨率较低,必须大规模组网飞行以提高重访能力,系统复杂,成本高昂;为充分利用GEO SAR卫星和LEO SAR卫星的优势,可通过对高低轨双基构型进行合理设计,采用以GEO SAR卫星发射的合作信号为主动照射源,LEO SAR卫星被动无源接收地面散射信号的双/多基协同体制,进行组网观测。

近年来,以高轨SAR卫星作为主动照射源,低轨SAR卫星被动无源接收地面散射信号的高低轨双基SAR协同体制逐渐进入人们视野,该体制可实现高信噪比和高时空分辨率,且灵活性强、成本低、抗摧毁和抗干扰能力强,可实现轻型化、模块化及商业化。因此,高低轨双基SAR体制与当前星载SAR系统相比,可显著提高对地观测能力,具有广阔的应用前景。

当前,国内外针对机-机、LEO SAR卫星编队和星-机双基构型做了较为充分的研究,然而,高低轨双基SAR体制的研究尚处于起步阶段,其它双基体制下的方法和结论无法直接应用于高低轨体制下,仍面临许多新的技术难题。

高低轨双基SAR系统由于收发平台轨道差异大、空间大尺度异构等特点,如何对双基构型进行合理设计是一大难题。梁健等在文章“GEO-LEO双站时频SAR系统若干问题研究”(现代雷达,2017,39(3):17-20)中针对地球静止轨道卫星发射-低轨道卫星接收的双基SAR系统,推导了双基地面分辨率表达式,然而其并未对构型设计做进一步研究;刘文康等在文章“高轨星机BiSAR分辨率分析及成像参数优化设计”(电子与信息学报,2016,38(12):3152-3158)中提出一种基于高轨辐射源的星机双基参数优化设计方法,其主要目的是针对星机双基系统进行优化分析,并不适用于高低轨双基构型设计。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足,本发明的目的在于提出一种基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计方法,该种基于模拟退火算法的高低轨双基地SAR构型设计方法是针对高低轨SAR系统的双基构型设计技术,从收发平台的空间几何关系出发,给出地面二维分辨率、分辨率方向角、噪声等效后向散射系数等成像性能参数表达式,建立各成像性能参数与双基构型参数之间的数学模型,并据此提出一种非线性多变量目标函数,再通过模拟退火算法对高低轨双基SAR构型进行最优化设计。

为达到上述技术目的,本发明采用如下技术方案予以实现。

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