[发明专利]一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法

摘要

本发明公开了一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，包括如下步骤：计算目标运行轨迹和过顶时间、设置成像中心时刻、计算方位角、仰角、成像启停时刻和目标斜距、设置冗余斜距和初始发射脉宽、选择PRF、判断D_c是否超过上限、计算回波窗长度和D_r、判断D_r是否超过存传能力、计算回波起始时间、调整波束指向、计算天线增益和回波信号强度、设置MGC、进行成像。本发明充分考虑待成像空间目标运动特性和雷达系统限制，结合STK软件，解决了传统空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计中目标运动参数、雷达波束指向和系统参数计算精度不足的问题。通过机械扫描和电扫描相结合的方式，实现了空间目标逆合成孔径雷达成像所需的波束指向，降低了实现成本和复杂度。

主权项

1.一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步：根据已知的空间目标轨道参数，计算空间目标运行轨迹；在卫星仿真工具包软件中建立虚拟待成像空间目标，将最新的轨道数据导入STK软件，更新目标轨道信息；第二步：为第一步建立的虚拟待成像空间目标设置一个虚拟传感器，根据ISAR天线最大扫描范围设置垂直半角θ_VHA，垂直半角θ_VHA的计算方法如式(1)所示：其中R_e为地球半径，H为轨道高度，θ_{r_max}为ISAR天线最大扫描范围；根据ISAR雷达所处位置经纬度坐标，在STK软件中建立虚拟地面站，通过分析虚拟待成像空间目标上的虚拟传感器对虚拟地面站的覆盖情况，覆盖时间中心时刻为过顶时刻，即斜距最短的时刻；第三步：首先将第二步得到的过顶时刻设置为成像中心时刻，根据试验场周围实际环境，判断是否存在遮挡，若此时ISAR雷达到待成像目标的视线上存在遮挡，则依次在第二步得到的覆盖时间范围内寻找避开遮挡的成像时刻，将避开遮挡的成像时刻设置为成像中心时刻；第四步：根据第三步得到的成像中心时刻，通过STK软件的可见性分析工具，计算成像中心时刻虚拟地面站到虚拟待成像目标的方位角和仰角；第五步：在STK软件中，为虚拟地面站建立一个新的虚拟传感器，来模拟ISAR雷达系统，新的虚拟传感器的垂直半角为期望待成像目标穿过方向的天线波束宽度的一半，新的虚拟传感器的水平半角为天线另一维的波束宽度的一半；新的虚拟传感器的指向按第四步计算得到的方位角和仰角设置；通过分析虚拟地面站传感器对虚拟待成像目标的覆盖情况，得到待成像目标穿越雷达波束的进入时刻和离开时刻，作为本次成像的起始时刻和结束时刻；第六步：根据第五步计算得到的本次成像的起始时刻和结束时刻，通过STK软件的可见性分析工具，计算成像起始时刻和结束时刻ISAR雷达到待成像目标的最近斜距R_n和最远斜距R_f；第七步：在第六步计算得到的最远斜距R_f和最近斜距R_n两端对称增加保护冗余斜距R_r，用于后续步骤中的ISAR雷达回波窗长度设计和PRF选择；第八步：根据ISAR雷达的占空比和数据率的限制，设置ISAR雷达初始发射脉冲宽度T_p；第九步：根据第六步计算得到的待成像目标到ISAR雷达的最近斜距R_n和最远斜距R_f，第七步得到的保护冗余斜距R_r，第八步得到的ISAR雷达初始发射脉冲宽度T_p，计算ISAR雷达的发射脉冲干扰带区间，计算方法如式(2)所示：其中c为光速，N发射接收脉冲延迟数，PRT为ISAR雷达的发射脉冲间隔；根据式(2)，通过斑马图在雷达发射脉冲干扰带的间隙选择PRT，将得到的PRT取倒数得到ISAR雷达PRF；第十步：根据第八步设置的ISAR雷达初始发射脉冲宽度T_p和第九步得到的ISAR雷达PRF，计算ISAR雷达占空比D_c，计算方法如式(3)所示D_c＝T_p*PRF  (3)然后判断占空比D_c是否超出ISAR雷达占空比上限，若超出，则返回第八步，否则，将ISAR雷达初始发射脉冲宽度T_p确定为实际发射脉冲宽度，将第九步得到的ISAR雷达PRF确定为实际PRF，并进行下一步；第十一步：根据第六步计算得到的待成像目标到ISAR雷达的最近斜距R_n和最远斜距R_f，第七步得到的保护冗余斜距R_r，第八步得到的发射脉冲宽度T_p，计算ISAR雷达回波窗长度T_w，计算方法如式(4)所示：第十二步：根据第十步选定的实际PRF和第十一步计算得到ISAR雷达回波窗长度，计算数据率D_r，计算方法如式(5)所示：D_r＝(2*f_s*Q_n*T_w*B_AQ+A_n*Q_n)*PRF  (5)其中f_s为距离向采样频率，Q_n量化位数，B_AQ为数据压缩率，A_n为辅助数据位数；第十三步，根据第十二步计算得到的数据率D_r和ISAR雷达系统数据存储和传输能力，判断数据率D_r是否超出ISAR雷达系统数据存储和传输能力，若超出，则返回第七步，否则，进行下一步；第十四步，根据第六步计算得到的待成像目标到ISAR雷达的最近斜距R_n、第七步得到的保护冗余斜距R_r和第九步选定的PRT，计算ISAR雷达回波起始时间T_s，计算方法如式(6)所示：第十五步，采用机械扫描和ISAR雷达天线电扫描相结合的方式，调整成像需要的波束指向；根据电扫描角寻找天线波位，使得ISAR雷达到待成像目标的视线最接近波束中心；第十六步，根据第十五步得到的天线波位，计算ISAR雷达到待成像目标的视线与波束中心的夹角，进而得到对应的天线增益G；第十七步，计算除手动增益控制增益值MGC外的接收机输入端回波信号强度I_s，计算方法如式(7)所示：其中P_t为峰值发射功率，λ为载波波长，σ为目标估计雷达散射截面，G_rc为除手动增益控制增益值MGC外的接收通道总增益，L传输链路损耗，R为ISAR雷达到目标斜距的平均值，可近似为(R_n‑R_f)/2；第十八步，根据接收机的信号接收范围，设置ISAR雷达手动增益控制增益值MGC，使得回波信号被接收机接收；根据第十七步计算得到的回波信号强度I_s，计算ISAR雷达手动增益控制增益值MGC取值范围，计算方法如式(8)所示：其中I_min为最小可接收回波信号强度，I_max为接收机饱和对应的回波信号强度；第十九步，将第十步后选定的实际PRF和实际发射脉冲宽度、第十四步得到的ISAR雷达系统回波起始时间T_s、第十五步得到的天线波位、第十八步得到的ISAR雷达手动增益控制增益值MGC，按第十五步的扫描方式设置ISAR雷达姿态，按在第五步得到的成像的起始时刻和结束时刻进行ISAR雷达成像。