[发明专利]一种双基地前视合成孔径雷达测绘带范围计算方法

摘要

本发明公开了一种双基地前视合成孔径雷达测绘带范围计算方法。本发明根据双基地前视SAR分辨率理论，确定双基地前视SAR前视区域内可成像与不可成像的界限，同时采用模糊理论，结合双基地前视SAR波束照射的特殊性，计算系统不模糊条件下的成像测绘带范围，比较分辨率理论和模糊理论得到的测绘带范围计算结果，取二者的交集，即可得到双基地前视SAR的测绘带范围。本发明的方法不但考虑了SAR成像中对测绘带宽度的模糊限制，还考虑了双基地前视SAR接收波束前视的特殊性。本发明的方法可以应用于高分辨率对地观测、自主导航等领域，用于双基地前视SAR系统的设计和几何结构的配置。

主权项

1.一种双基地前视合成孔径雷达测绘带范围计算方法，具体包括如下步骤：S1.初始化系统参数，系统坐标系以成像中心目标点为坐标原点，平台沿y轴运动，x轴为切航迹方向，z轴为垂直地面方向，初始化系统参数包括：发射站零时刻位置，记为(x_0T，y_0T，z_0T)；接收站零时刻位置，记为(0，y_0R，z_0R)；系统载频，记为f₀；波长，记为λ；发射信号带宽，记为B_r；平台运动速度，记为V；快时间变量，记为τ；慢时间变量，记为s；发射站天线斜视角，记为θ_sT；接收站天线下视角，记为θ_dR；发射站天线俯仰角为φ_T；发射站中心斜距，记为r_0T；接收站中心斜距，记为r_0R；脉冲重复频率，记为PRF；脉宽，记为T_r；距离分辨率，记为ρ_r；方位分辨率，记为ρ_a；合成孔径时间，记为T_s；则发射站距离历史为接收站距离历史为双基地前视SAR系统距离历史为R_bi(s)＝R_T(s)+R_R(s)；S2.采用梯度理论计算成像区域x轴上各点的分辨率方向，用分辨率与x轴的夹角的正切值来衡量分辨率方向，得到x轴上任意目标点P(x，0)的分辨率方向，结果如下：距离分辨率方向为dir(ρr)=sinθsT(x)+cosθdR(x)x/r0R(x)+cosθsT(x)sinφT(x)]]>方位分辨率方向为：dir(ρa)=r0T(x)sin2θdR(x)+r0R(x)cos2θsT(x)r0T(x)xcosθdR(x)/r0R(x)+r0R(x)sinθsT(x)sinφT(x)cosθsT(x)]]>其中x表示目标点在x轴上的坐标；r_0R(x)表示P(x，0)点处的接收站中心斜距；r_0T(x)表示P(x，0)点处的发射站中心斜距；θ_dR(x)表示P(x，0)点处的接收站天线下视角；θ_sT(x)表示P(x，0)点处的发射站天线斜视角，φ_T(x)表示P(x，0)点处的发射站天线俯仰角；S3.设定双基地前视SAR可处理的分辨率夹角大小，并求解由该夹角确定的测绘带范围，由于SAR成像算法可以处理的距离分辨率和方位分辨率之间的夹角有限，设该角度为Δθ，则有atan{dir(ρ_r)}＝atan{dir(ρ_a)}-Δθ，采用步骤S2计算得到的距离和方位分辨率方向，求解该方程，可以得到该方程的解，记为x_reso，则由分辨率理论确定的双基地前视SAR测绘带范围为：x≥x_reso；S4.由模糊理论计算系统允许的回波最大散布宽度，记为Δτ＝1/PRF-T_r；S5.计算由模糊理论确定的双基地前视SAR测绘带范围，具体如下：S51.求解系统允许的最大双基地距离和、最小双基地距离和与收发站中较小的波束宽度之间的关系。设最大双基地距离和为R_bix，最小距离和为R_bin，则回波最大散布宽度为：(R_bix-R_bin)/c，其中c为光速，所以可求得系统允许的最大和最小收发站距离和之差为L＝R_bix-R_bin＝cΔτ，同时，假设在前视成像区域，收发站中较小的波束一直被较大的波束覆盖，并且较小的波束脚印形状为椭圆，该椭圆的两个半轴分别与x轴和y轴平行，半轴长度分别为a和b，由于最大和最小双基地距离和一定发生在较小波束脚印形成的椭圆上，可以计算出最小收发站距离和为：最大收发站距离和为：其中x，y满足得到R_bin和R_bix为a和b的函数；S52.利用步骤S51中得到的系统允许的最大和最小收发站距离和之差L，计算由模糊理论确定的双基地前视SAR测绘带范围，求解方程R_bix(a；b)-R_bin(a；b)＝L，可以求出确定b条件下的较小波束沿x轴的散布宽度，记为a(T_r，PRF，b)，则由模糊理论确定双基地前视SAR测绘带范围为：-a(T_r，PRF，b)≤x≤a(T_r，PRF，b)；S6.计算双基地前视SAR测绘带范围，利用步骤S3和S5计算得到的测绘带范围边界条件，可以得到双基地前视SAR测绘带范围为：max{-a(T_r，PRF，b)，x_reso}≤x≤a(T_r，PRF，b)。