[发明专利]一种大斜视中高轨SAR二维波束扫描方法

说明书

本发明公开了一种大斜视中高轨SAR二维波束扫描方法，首先通过雷达成像时间、GPS数据和场景位置得到成像几何参数，结合成像几何和目标分辨率设计得到雷达的最优合成孔径时间和带宽，由雷达的最优合成孔径时间和带宽得到方位波束扫描速率，进而通过场景中心目标的线性距离走动得到离线角变化率，根据方位波束扫描速率和离线角变化率得到俯仰向波束扫描速率，使用成像几何参数中的卫星运动参数和二维波束扫描速率计算得到地面波束足迹速度，根据地面波束足迹速度确定瞬时波束足迹位置，进而确定雷达成像时间内的瞬时波束指向。SAR二维波束扫描方法不仅可以得到所需的方位分辨率，还可以在斜视模式下确定较大的测绘带宽度，或缩短回波长度，减小数据量。

技术领域

本发明属于星载合成孔径雷达成像领域，具体涉及一种大斜视中高轨SAR二维波束扫描方法。

背景技术

SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)，是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机、卫星或宇宙飞船等飞行平台上，全天时、全天候地对地表进行观测，具有一定的地表穿透能力。因此，SAR系统在灾害监测、环境监测、海洋监测、资源勘探、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势。

SAR观测目标通常需要传感器工作在斜视模式下，而对于中高轨SAR来说，严重的距离走动可能高达数百公里，并且视线斜距在波束扫描模式下也可能发生明显的变化，较大的距离变化会导致数据存储的高负担。此外，由于接受窗口受限于天线在方位维度上的尺寸，最大测绘带宽随着斜视角的增大而减小。中高轨SAR多用于对灾害的应急反应、三维表面形变测量、海浪和海流测量以及对移动目标的连续监测等。

中高轨SAR的轨道弯曲导致了内在的波束扫描特性，不同视角下的波束扫描速率明显不同，所得到的分辨率也不同，中高轨SAR不同视角下的分辨率是取决于视线方向和卫星与地球之间的相对运动状态，分辨率不一致可能给图像产品的应用带来一些障碍，例如目标识别的应用。由于波束方向可以被控制，波束驻留时间以及方位分辨率可以被调整到标称值，波束扫描速率可以根据轨道曲率和视线方向自适应地设计，现阶段多用到传统的旋转中心波束扫描法。

现阶段用到的传统的旋转中心波束扫描法存在SAR回波数据量大，测绘带宽不够大的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种大斜视中高轨SAR二维波束扫描方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种大斜视中高轨SAR二维波束扫描方法，包括：

根据雷达成像时间、GPS数据和场景位置得到成像几何参数；

根据所述成像几何参数和目标分辨率设计雷达的最优合成孔径时间和带宽；

根据所述雷达的最优合成孔径时间和带宽得到方位波束扫描速率，所述雷达的最优合成孔径时间为波束驻留时间；

根据场景中心目标的线性距离走动得到离线角变化率；

根据所述方位波束扫描速率和所述离线角变化率得到俯仰向波束扫描速率；

根据所述方位波束扫描速率和所述俯仰向波束扫描速率的集合得到二维波束扫描速率；

根据所述成像几何参数和所述二维波束扫描速率得到地面波束足迹速度；

根据所述地面波束足迹速度得到所述雷达成像时间内的瞬时波束角度。

在本发明的一个实施例中，根据所述成像几何参数和目标分辨率设计雷达的最优合成孔径时间和带宽，包括：

利用地表分辨率椭圆优化的成像参数设计技术对所述成像几何参数和所述目标分辨率进行设计得到所述雷达的最优合成孔径时间和带宽。

在本发明的一个实施例中，根据所述雷达的最优合成孔径时间和带宽得到雷达的方位波束扫描速率，包括：