CN110208801B - 一种普适的sar成像prf优化设计方法 - Google Patents
一种普适的sar成像prf优化设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110208801B CN110208801B CN201910576771.8A CN201910576771A CN110208801B CN 110208801 B CN110208801 B CN 110208801B CN 201910576771 A CN201910576771 A CN 201910576771A CN 110208801 B CN110208801 B CN 110208801B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- prf
- value
- distance
- radar
- height
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 49
- 208000004350 Strabismus Diseases 0.000 claims abstract description 26
- 230000009189 diving Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 56
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 19
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 17
- 241000283070 Equus zebra Species 0.000 claims description 15
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 claims 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000012772 sequence design Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000010187 selection method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，该方法的具体步骤为：设定SAR平台为曲线轨迹俯冲大斜视，综合考虑SAR平台脉冲重复频率设计的方位无模糊限制、距离无模糊限制、测绘带无模糊限制、高度回波无干扰和运动、系统误差等因素，采用基于斜距区间划分的分高度段PRF优化选取，通过遍历的方式，选取每一高度段内不同斜距区间对应的PRF值。本发明通过以较少的PRF调整次数实现雷达回波数据的无模糊无脉冲遮挡的录取，降低系统复杂度。能够满足俯冲/平飞等不同运动状态下聚束/条带等不同工作模式的PRF设计和SAR成像处理，具有普适性。
Description
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，可用于俯冲/平飞等不同运动状态下聚束/条带等不同工作模式的PRF设计。
背景技术
合成孔径雷达(SAR)因其全天候、全天时、作用距离远和分辨率高等独特的优势引起国内外雷达领域专家学者的广泛关注并取得了快速发展，其作为一种微波有源成像系统不仅在军事领域而且在民用领域均展现出其卓越的价值。
随着信息处理技术的不断发展和信号处理设备的不断升级，SAR的搭载平台已经不局限于飞机和卫星等具有简单运动轨迹的平台，还包括高速无人机和导弹等高速机动平台。因为在飞行过程中面临地形回避、战术规避和向下俯冲等复杂状况，高速无人机载SAR和弹载SAR等具有灵活多样的飞行轨迹，其回波特性比较复杂，相应的脉冲重复频率(PRF)时序设计也和传统SAR成像有较大区别。现有的PRF时序设计方法未能给出PRF下限的准确计算方法，也未考虑复杂运动状态导致雷达平台高度实时变化的特点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种普适的SAR成像PRF优化设计方法。通过几何模型推导波束覆盖区方程，在此基础上提出基于等距离环的方法计算多普勒中心偏移带来的带宽，得到在考虑系统和运动误差情况下的PRF下限；提出基于斜距区间划分的分高度段动态选取PRF的方法，在特定高度段内根据雷达的实时作用距离范围选择一个合适的PRF值，以较少的PRF调整次数实现雷达回波数据的无模糊无脉冲遮挡录取，降低系统复杂度，同时，对应SAR雷达的不同运动状态和聚束或条带工作模式均适用，具有普适性。
本发明的技术思路为：以SAR平台为曲线轨迹俯冲大斜视为例，综合考虑SAR平台脉冲重复频率设计的方位无模糊限制、距离无模糊限制、测绘带无模糊限制、高度回波无干扰和运动、系统误差等因素，采用基于斜距区间划分的分高度段PRF优化选取，通过遍历的方式，选取每一高度段内不同斜距区间对应的PRF值，实现PRF的动态优化选取。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。
一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，包括以下步骤：
步骤1，建立SAR成像几何模型和斜距模型，得到加速度补偿后的多普勒带宽Ba；根据SAR成像几何模型建立雷达波束覆盖区方程，通过等距离环法遍历所有距离单元，确定多普勒中心频率偏移的最大值，得到由多普勒中心偏移带来的带宽，即多普勒中心偏移带宽Bd；将加速度补偿后的多普勒带宽Ba和多普勒中心偏移带宽Bd相加，得到回波信号的方位带宽B；根据方位无模糊限制，得到PRF下限；
步骤2，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax，得到观测区域内雷达回波散布时间；再根据距离无模糊限制，得到PRF上限；
其中，SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin即为斜距最小值，SAR平台到波束覆盖区的最大作用距离Rmax即为斜距最大值；
步骤3，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定测绘带模糊数范围，根据测绘带无模糊限制，遍历测绘带模糊数范围，得到测绘带模糊带来的PRF限制区间；
步骤4，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定距离模糊数范围，根据高度回波无干扰限制，遍历距离模糊数范围，得到高度向杂波带来的PRF限制区间；
步骤5，对于给定的SAR平台高度，由雷达的加速度，得到加速度带来的多普勒带宽误差；由雷达的速度误差和斜视角误差，对应得到速度误差带来的方位带宽误差和斜视角误差带来的方位带宽误差；进而获得考虑加速度、速度误差和斜视角误差条件下的方位带宽，即得到考虑误差的PRF下限；
根据步骤1-5获得的对应的PRF限制区间，取交集，即可获得任一SAR平台高度下的PRF优化取值范围；步骤1-5即为PRF优化设计原则；
若SAR平台的运动模式为直线平飞，对于该SAR平台飞行高度，遍历雷达的下视角取值范围，按照步骤1-5实施，得到每个斜距对应的PRF取值范围，绘制对应的斑马图，从而得到斜距区间与PRF取值范围的对应关系；再根据PRF取值原则，即可得到斜距区间与PRF值的对应关系，进而得到直线平飞SAR成像的优化的PRF值；若SAR平台的运动模式为曲线轨迹俯冲，则转至步骤6；
其中，所述PRF取值原则为：(a)判断待取值的PRF区间内是否存在能被1000整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(b)；
(b)判断待取值的PRF区间内是否存在能被500整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(c)；
(c)判断待取值的PRF区间内是否存在能被100整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；
步骤6，按照SAR平台的运动轨迹，将SAR平台的俯冲部分划分为多个高度段；将每个高度段划分为多个高度区间；对于任一高度段，根据该高度段内任一高度区间内的平台高度，遍历雷达的下视角取值范围，通过PRF优化设计原则，得到该高度区间对应的斜距区间和每个斜距对应的PRF取值范围；遍历该高度段内的所有高度区间，即可得到该高度段对应的所有斜距区间及其对应的所有PRF取值范围；
步骤7，根据步骤6得到的该高度段内所有的斜距区间及其对应的所有PRF取值范围，绘制该高度段的斑马图，确定该高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；遍历所有的高度段，得到每个高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；根据PRF取值原则，确定每个高度段内不同斜距区间的对应PRF值；根据每个高度段内的实际斜距值，选取优化的PRF值，完成基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过基于斜距模型的多普勒带宽和基于波束覆盖区方程的等距离环法，计算出不考虑误差时的PRF下限，并通过公式推导定量计算出各种运动误差对PRF下限的影响，获得考虑误差的PRF下限，克服了传统PRF时序设计方法无法准确计算PRF下限的问题。
(2)本发明方法具有普适性，只需要调整部分参数值，就能满足俯冲/平飞等不同运动状态下聚束/条带等不同工作模式的PRF设计和SAR成像处理过程。
(3)在SAR平台俯冲模式下，本发明的基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取方法，能最大限度的减少PRF调整次数，降低系统复杂度。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明的基于高度段划分的PRF优化选取方法流程图；
图2是本发明中曲线轨迹俯冲大斜视SAR成像几何模型；
图3是前视和前斜视模式下的雷达波束照射地面示意图；其中，图3(a)是前视模式下的雷达波束照射地面示意图，图3(b)是前斜视模式下的雷达波束照射地面示意图；
图4是求解扁锥体斜切椭圆方程参数的示意图；
图5是本发明实施例中已知航迹信息时脉冲重复频率的斑马图；
图6是本发明实施例中24km-27km高度段的斑马图；
图7是本发明实施例中27km-30km高度段的斑马图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。
参照图1，基于本发明一种普适的SAR成像PRF优化设计方法的流程示意图。以曲线轨迹俯冲大斜视为例，其具体实现步骤如下：
步骤1，建立SAR成像几何模型和斜距模型，得到加速度补偿后的多普勒带宽Ba；根据SAR成像几何模型建立雷达波束覆盖区方程，通过等距离环法遍历所有距离单元，确定多普勒中心频率偏移的最大值，得到由多普勒中心偏移带来的带宽，即多普勒中心偏移带宽Bd；将加速度补偿后的多普勒带宽Ba和多普勒中心偏移带宽Bd相加，得到回波信号的方位带宽B；根据方位无模糊限制，得到PRF下限；
(1.1)建立曲线轨迹俯冲大斜视SAR成像几何模型和斜距模型，得到加速度补偿后的多普勒带宽Ba；其具体按照以下步骤实施：
(1.1a)通过SAR平台上的惯导系统，获取SAR平台在东北天坐标系OX1Y1Z1中的运动参数；其中，所述运动参数为平台的三维速度v′＝(ve，vn，vs)和三维加速度a′＝(ae，an，as)；其中，ve为SAR平台的东向速度分量，vn为SAR平台的北向速度分量，vs为SAR平台的天向速度分量；ae为SAR平台的东向加速度分量，an为SAR平台的北向加速度分量，as为SAR平台的天向加速度分量；
将北向速度vn和东向速度ve进行矢量合成，得到合成速度，合成速度的方向为Y2轴方向；天向速度vs的方向为Z2轴方向，建立右手空间坐标系OX2Y2Z2；再将东向加速度ae和北向加速度an分别沿X2方向投影，并将投影后的两个矢量合成，得到右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在X2方向的加速度分量ax；将东向加速度ae和北向加速度an分别沿Y2方向投影，将投影后的两个矢量合成，得到右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在Y2方向的加速度分量ay，天向的速度和加速度不变，即vs＝vz，as＝az；得到右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台的速度矢量v＝(0，vy，vz)和加速度矢量a＝(ax，ay，az)。
(1.1b)参考图2中的几何关系，设定在子孔径时间内，雷达从M点运动到N点，且在方位零时刻，平台所在位置为C点，波束中心线与地面交点记为P点，O点为C点在地面的投影点，OP为波束中心线的地面投影线，平台高度为H，擦地角为β，波束下视角为θ(与擦地角互余)，偏航角为γ，速度矢量与波束中心视线矢量的夹角为
中心斜距为Rs，相应空间斜视角为θs。当雷达运动到T点时，对于波束覆盖区任一Q点(Q点与P点沿OY2轴距离为yn)，雷达与波束覆盖区任一点的斜距模型为：
其中，雷达在右手空间坐标系OX2Y2Z2内的坐标为(xT，yT，zT)，波束覆盖区任一点在右手空间坐标系OX2Y2Z2内的坐标为(xQ，yQ，zQ)，tm是方位慢时间；
(1.1c)在方位零时刻，即tm＝0，对雷达与波束覆盖区任一点的斜距模型求二阶导，得到雷达的多普勒带宽Baa，其表达式为：
其中，λ为波长，Ta为子孔径累计时间；
将上式简化为：
其中，ar是雷达的等效加速度，即加速度在波束视线方向的投影，v是雷达的速度的模，
是雷达的等效速度，即速度在波束视线方向的投影。
(1.1d)参考聚束模式下解决频谱混叠的Deramp处理方法，引入加速度Deramp因子Kaa，对雷达的等效加速度进行补偿，结合雷达高度与斜距之间的关系：Rs＝H/cosθ，得到补偿后的多普勒带宽Ba的表达式为：
(1.1e)设定雷达成像在斜平面的距离横向分辨率为ρa，则距离横向分辨率与多普勒带宽之间的关系为：
由上式可以求得子孔径积累时间Ta，将其代入补偿后的多普勒带宽的表达式，从而得到补偿后的多普勒带宽Ba。
(1.2)根据成像几何模型建立雷达波束覆盖区方程，通过等距离环法，遍历所有距离单元，确定多普勒中心频率偏移的最大值，即得到由多普勒中心偏移带来的带宽Bd；
(1.2a)在雷达的俯冲段，采用子孔径实现快视成像的回波录取时间段内，近似认为波束未移动，即子孔径累计时间内照射场景是相同的，这种方法与聚束SAR相似。在俯冲大斜视SAR成像时，波束指向偏移导致多普勒中心频率偏移带来的带宽；则一个波束覆盖范围内，多普勒中心频率偏移的最大值Δfdc为：
其中，
知
分别表示波束范围内任意两个不同的波束指向与速度的夹角；
表示
和
两个夹角余弦之差的最大值。为了准确的计算Δfdc，本发明提出基于等距离环法确定多普勒中心偏移的最大值。首先通过波束旋转确定俯冲模式下波束在地面投影的方程，即波束覆盖区方程；然后根据距离采样间隔设置一系列等距离环，通过其与波束覆盖区方程的交点确定多普勒中心频率偏移的最大值。
如图3(a)所示，方位零时刻，雷达位于C点，假设雷达向Y轴正方向发射水平和俯仰波束宽度分别为θa和θr的波束(两维波束宽度可以相同)，平台高度为H，波束下视角为θ。雷达发射波束在空间表现为扁锥体，斜下视照射到地面得到波束覆盖区，相当于扁锥体被一个平面斜切，切面表现为一个椭圆，如图4所示，斜椭圆相当于波束覆盖区，设定椭圆的半长轴为a，椭圆的半短轴为b。容易知道，波束覆盖区椭圆的半长轴为俯仰向波束宽度在地面投影长度的一半，即椭圆的的半长轴为：
(1.2b)令波束覆盖区椭圆的圆心到波束中心线地面交点的距离为Δ，圆心所在扁锥横切面椭圆到C点的距离为h：
由于波束覆盖区椭圆的圆心位于其与扁锥横切面椭圆的交线上，则波束覆盖区椭圆半短轴b为二者交线长度的一半。如图4所示，扁锥横切面椭圆的半长轴与半短轴分别为：
以扁锥横切面椭圆的圆心为原点构造坐标系X′O′Y′，建立扁锥横切面的椭圆方程：
易知两个椭圆相较交于x′＝Δ.cosθ处，将x′＝Δ·cosθ代入扁锥横切面的椭圆方程，得到两个椭圆交线长度的一半，即得到波束覆盖区椭圆的半短轴：b＝y′。从而可以得到图3(a)中前视模式下波束覆盖区的椭圆方程为：
(1.2c)实际上成像雷达的工作模式并非是前视而是前斜视，因此真实的波束覆盖区要在前视的基础上进行旋转，假设雷达斜视角地面投影的余角(偏航角)为γ，即相当于将波束覆盖区沿Z轴顺时针旋转γ度，如图3(b)所示，于是得到前斜视模式下的波束覆盖区方程为：
(1.2d)以距离向分辨率在地面的投影为间隔，设置如图3(b)所示的等距离环，每个等距离环与波束覆盖区均有两个交点(除过两个端点波束覆盖区范围内)，遍历波束覆盖区内所有的距离单元，便可以得到最大多普勒频率偏移带来的带宽Bd。
(1.3)根据方位无模糊限制，得到PRF下限；
即根据PRF大于方位带宽以保证信号不发生方位混叠的条件，得到脉冲重复频率的下限为：
PRF≥1.2*B，
B＝Ba+Bd；
步骤2，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax，得到观测区域内雷达回波散布时间；再根据距离无模糊限制，得到PRF上限；
其中，SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin即为斜距最小值，SAR平台到波束覆盖区的最大作用距离Rmax即为斜距最大值。
在雷达飞行高度高和作用距离远的情况下，回波往返往往需要若干个脉冲重复周期，因此，设计PRF时要保证天线波束覆盖区远端的回波，要在下一个近端回波到来之前被雷达接收机接收，即观测区域内雷达回波散布时间不超过一个脉冲间隔；因此，距离无模糊限制了脉冲重复时间的最小值。根据脉冲重复时间PRT和脉冲重复频率PRF互为倒数的关系，即限制了PRF的上限。如图1所示，观测区域内的雷达回波散布时间Tw为：
其中，c为光速，Tp为发射脉冲宽度，θr为雷达俯仰向波束宽度，θ为波束下视角。实际中雷达俯仰向波束宽度θr一般比较小，根据等价无穷小的替换准则：sinx～x(x→0)，观测区域内的雷达回波散布时间可以简化为：
根据脉冲重复时间大于雷达回波散布时间的要求，可得PRT的下限，即PRF的上限：
其中，(Tw)max为一个固定PRF选择时期内，观测区域中雷达回波散布时间的最大值。
步骤3，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定测绘带模糊数范围，根据测绘带无模糊限制，遍历测绘带模糊数范围，得到测绘带模糊带来的PRF限制区间；
受系统的复杂度影响，雷达一般采用收发共用天线，因此在信号发射时间内不能接收回波信号，即当回波脉冲进入发射脉冲封闭门时会出现距离遮挡现象，致使回波信息丢失。为了避免这种情况，将测绘带无模糊限制转化为以下两个约束条件：一是雷达到测绘带最近距离的回波时延不能小于m·PRT+Tp，其中m表示测绘带模糊数，其取值为自然数，PRT为脉冲重复时间，否则会与第m+1个发射脉冲产生混叠；二是雷达到测绘带最远距离的回波时延不能大于(m+1)PRT-Tp，否则会与第m+2个发射脉冲产生混叠。这两个条件保证了测绘带内的雷达回波在同一个脉冲重复周期内被接收，考虑到雷达天线发射与接收的切换需要有保护时间τr，得到测绘带无模糊限制的约束条件可表示为：
其中，Tp为发射脉冲宽度。
所述根据测绘带无模糊限制，遍历测绘带模糊数范围，其具体为：
从测绘带模糊数范围的较小端值开始，每次测绘带模糊数加1，直至取到测绘带模糊数范围的较大端值，即完成遍历测绘带模糊数范围；每取一个测绘带模糊数，根据测绘带无模糊限制的约束条件，计算满足约束条件的PRT范围，进而得到对应的PRF范围；
对所有满足测绘带无模糊限制的测绘带模糊数对应的PRF范围取交集，即可得到测绘带无模糊限制带来的PRF限制区间。
即为测绘带无模糊限制对脉冲重复频率PRF的影响。
步骤4，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定距离模糊数范围；根据高度回波无干扰限制，遍历距离模糊数范围，得到高度向杂波带来的PRF限制区间；
在雷达运动过程中，其地面投影点距雷达最近且发生镜面反射，对测绘带内回波产生影响，因此需要在接收回波时避开高度向回波，否则高能量的高度向回波干扰会在雷达图像上形成亮条纹，影响成像结果。为了避免这种情况，设定两个约束条件：一是雷达到测绘带最近距离的时间与高度向回波到雷达的时间之差不能小于n·PRT+2Tp，其中n表示距离模糊数，其取值为自然数；2Tp是高度向杂波的信号脉宽，否则会使第n+1个高度向回波进入雷达回波信号；二是雷达到测绘带最远距离的时间与高度向回波到雷达的时间之差不能大于(n+1)·PRT-Tp，否则会使第n+2个高度向回波进入雷达回波信号。这两个条件保证了雷达回波接收避开高度回波干扰，得到高度回波无干扰带约束条件的表达式为：
所述根据高度回波无干扰限制，遍历距离模糊数范围，其具体为：
从距离模糊数范围的较小端值开始，每次距离模糊数加1，直至取到距离模糊数范围的较大端值，即完成遍历距离模糊数范围；每取一个距离模糊数，根据高度回波无干扰限制的约束条件，计算满足约束条件的PRT范围，进而得到满足条件的PRF范围；
对所有满足高度回波无干扰限制的距离模糊数对应的PRF范围取交集，即可得到高度回波无干扰限制带来的PRF限制区间。
即为高度回波无干扰对脉冲重复频率PRF的影响。
步骤5，对于给定的SAR平台高度，由雷达的加速度，得到加速度带来的多普勒带宽误差；由雷达的速度误差和斜视角误差，对应得到速度误差带来的方位带宽误差和斜视角误差带来的方位带宽误差；进而获得考虑加速度、速度误差和斜视角误差条件下的方位带宽，即得到考虑误差的PRF下限；
(5.1)加速度带来的多普勒带宽误差，其具体为：在雷达飞行过程中，三维加速度的存在会直接影响多普勒带宽，从而影响PRF的下限，得到加速度带来的多普勒带宽误差为：
其中，Ta为子孔径累积时间。
(5.2)速度误差带来的多普勒中心偏移带宽误差和斜视角误差带来的方位带宽误差，其具体为：受不稳定气流和自身抖动等因素影响，雷达飞行过程中会存在速度误差和波束指向误差等运动误差，都会对PRF取值造成影响。
首先，速度误差会直接影响方位带宽，假定水平速度误差为Δvy和垂直速度误差为Δvz，得到速度误差带来的多普勒中心偏移带宽误差为：
其中，
和
分别表示波束范围内任意两个不同的波束指向与速度的夹角；
表示
和
两个夹角余弦之差的最大值；v表示雷达的速度矢量。
其次，波束指向误差会直接影响方位带宽，假定雷达速度矢量与波束指向夹角的误差为
得到斜视角误差带来的方位带宽误差为：
此外，系统设计中会存在波束展宽问题，方位或俯仰的波束展宽会导致地面投影区域变宽，从而影响多普勒中心偏移带来的带宽，进一步影响PRF下限。
根据步骤1-5获得的对应的PRF限制区间，取交集，即可获得任一SAR平台高度下的PRF优化取值范围。
对于工作在俯冲大斜视模式下的SAR，平台高度H和下视角θ不断变化，固定的PRF值无法保证雷达在成像时间内满足无模糊无脉冲遮挡的要求，因此需要依据高度和下视角不断调整PRF，但频繁调整PRF又会对系统设计带来较大困难，不利于实现。
步骤6，按照SAR平台的运动轨迹，将SAR平台的俯冲部分划分为多个高度段；将每个高度段划分为多个高度区间；对于任一高度段，根据该高度段内任一高度区间内的平台高度，遍历雷达的下视角取值范围，通过PRF优化设计原则，得到该高度区间对应的斜距区间和每个斜距对应的PRF取值范围；遍历该高度段内的所有高度区间，即可得到该高度段对应的所有斜距区间及其对应的所有PRF取值范围。
(6.1)高度段划分：
设定系统的PRF调整次数为M，且一个高度段对应一个PRF值，将SAR平台的俯冲部分均匀划分为M个高度段。
其中，SAR平台的俯冲部分的长度为L。
(6.2)高度区间划分：
对于任一高度段，设定距离步进量为Δl，一般取距离步进量为10～100m，将该高度段划分为
个高度区间，取每个高度区间的中点位置对应的高度值作为该区间的高度。
(6.3)分高度区间确定PRF：
对于任一高度区间，遍历所有的下视角取值范围(其与SAR平台的系统设计有关，一般取雷达工作下视角的上限和下限，以满足平台飞行中的各种状况；)，根据PRF优化设计原则，得到该高度区间的一系列斜距值及每个斜距值对应的PRF取值范围；遍历该高度段内的所有高度区间，得到该高度段内所有的斜距值及每个斜距值对应的PRF取值范围。
所述遍历所有的下视角取值范围，其具体为：设定下视角取值范围和下视角步进量，从下视角取值范围的下限开始，每次移动一个步进量，对应得到一个下视角，直至移动到下视角取值范围的上限。
其中，一个高度区间和一个下视角共同确定一个雷达作用距离(即斜距值)，一个斜距值对应一个PRF取值范围。
对于工作在俯冲状态下的SAR平台，某一高度段内下视角变化范围一般较小，因而可以依据由高度和下视角唯一确定的斜距进行区间划分，预先确定该高度段内不同斜距区间对应的PRF取值。在整个俯冲成像过程中，根据惯导系统提供的雷达平台位置信息，调整较少次数的PRF值，即可实现成像时间内测绘带回波数据的无模糊无脉冲遮挡录取，解决了PRF值无法随SAR平台高度变化而实时调整的难题。在机动平台大斜视SAR成像中，由于SAR图像是以一定帧率输出的，选取相同PRF的回波数据作为一组进行成像处理，这样PRF的变化便不会对SAR成像带来影响。
步骤7，根据步骤6得到的该高度段内所有的斜距区间及其对应的所有PRF取值范围，绘制该高度段的斑马图，确定该高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；遍历所有的高度段，得到每个高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；根据PRF取值原则，确定每个高度段内不同斜距区间的对应PRF值；根据每个高度段内的实际斜距值，选取优化的PRF值，完成基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取。
所述PRF取值原则具体为：(a)判断待取值的PRF区间内是否存在能被1000整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(b)；
(b)判断待取值的PRF区间内是否存在能被500整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(c)；
(c)判断待取值的PRF区间内是否存在能被100整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值。
本发明中，若设定加速度为零，即a＝(ax，ay，az)＝0，按照步骤1-7实施，即可得到直线俯冲SAR成像的优化的PRF值，完成直线俯冲SAR成像的基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取；
若设定加速度和天向速度均为零，即三维加速度a′＝(ae，an，as)＝0且vs＝0，对于固定平台高度，遍历雷达的下视角取值范围，按照步骤1-5实施，得到每个斜距对应的PRF取值范围，绘制对应的斑马图，从而得到斜距区间与PRF取值范围的对应关系；再根据PRF取值原则，即可得到斜距区间与PRF值的对应关系，进而得到直线平飞SAR成像的优化的PRF值；
上述过程中，由斑马图得到斜距区间与PRF取值范围的对应关系时，需要根据实际的设计需要进行划分。
若设定多普勒中心频率偏移为零，则步骤(1.2a)中的多普勒中心频率偏移的最大值为0时，按照步骤1-7实施，即可得到曲线轨迹俯冲大斜视的条带模式下SAR成像的优化的PRF值。
因此，本发明能够适用于SAR平台的俯冲/平飞等不同运动状态下聚束/条带等不同工作模式的PRF设计和SAR成像处理，具有普适性。
仿真实验
以下通过仿真实验验证本发明的有效性，仿真参数如表所示。
表1系统仿真参数
整个仿真过程分为两部分，第一部分验证在已知航迹信息(包括平台高度、平台速度、加速度等信息)的情况下，本发明方法的有效性；第二部分在未知航迹信息的情况下，预先估算不同高度段内不同斜距区间对应无模糊无脉冲遮挡的PRF取值，以便在实时成像中根据高度和斜距信息选取合适的PRF值。
(一)已知航迹信息(固定高度段)选取PRF实验仿真参数：平台高度28km，中心下视角64°，下视角波动范围±2°，平台在东北天坐标系下三维速度和三维加速度分别为(128，910，-320)m/s和(8.2，-7.1，-12.4)m/s2，合成孔径时间0.5s，在不考虑误差的情况下，得到中心下视角对应的PRF下限为3541Hz；假设平台沿东北天方向速度误差为±5m/s，波束指向误差为±0.2°，在考虑误差的情况下，得到中心下视角对应的PRF值为3812Hz。由于PRF上限大于10000Hz，此处不予考虑。
图5所示为已知航迹信息时的PRF斑马图，图中黑色区域为测绘带模糊区，灰色区域为高度杂波干扰区，白色区域为PRF可选择区域，中心下视角为64°。在选择PRF时要避开测绘带模糊区和高度杂波干扰区，并满足在PRF可选的上下限范围内，如图5所示，在留有一定余量的情况下(实际工程应用中，也就是使该PRF对于的斜距区间较大，且在斑马图中该PRF值与模糊区、干扰区之间都留一定空间，同时，使PRF尽量取整)，将PRF设为5800Hz便可满足实际工程中的需要。
通常情况下，机动平台实际工作的航迹信息不能提前得知，为防止雷达工作过程中实时计算，无法保证选择合适的PRF而影响SAR成像，需要预先考虑不同高度和下视角的情况，设计相应的PRF取值。在成像之前，系统根据惯导参数等判断所处高度段和下视角确定斜距范围，从而选取对应的PRF值，最终得到无模糊无遮挡的SAR图像。
未知航迹信息(分高度段选取PRF)选取PRF实验仿真参数：选择两个高度段范围：24km-27km和27km-30km，高度的步进量为10m，下视角范围为30°-70°，下视角的步进量为0.01°。
图6所示为24km-27km高度段的PRF斑马图，图7所示为27km-30km高度段的PRF斑马图，根据预先设定的PRF值，得到不同高度段内不同斜距范围对应的PRF值，如表2和表3所示。
表2 24km-27km高度段斜距区间划分和PRF选择表
表3 27km-30km高度段斜距区间划分和PRF选择表
在雷达工作过程中，某一高度段内下视角变化很小，因此容易得到雷达工作的斜距范围，根据所在高度段的不同斜距范围对应的PRF值，即表2和表3，即可选择合适的PRF值，从而在整个俯冲过程中，仅变换设定调整次数的PRF值就可以实现发射信号对整个成像区域的无遮挡照射。从图7中可以看出，在高度段内，当作用距离为64km时，选取5800Hz的PRF可以保证无脉冲遮挡，这与已知航迹信息的仿真结果相吻合，进一步证明了分高度段选取PRF方法的有效性。采用这种方法可以极大地减少PRF变换次数，适合工程应用。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立SAR成像几何模型和斜距模型，得到加速度补偿后的多普勒带宽Ba；根据SAR成像几何模型建立雷达波束覆盖区方程，通过等距离环法遍历所有距离单元，确定多普勒中心频率偏移的最大值，得到由多普勒中心偏移带来的带宽，即多普勒中心偏移带宽Bd；将加速度补偿后的多普勒带宽Ba和多普勒中心偏移带宽Bd相加，得到回波信号的方位带宽B；根据方位无模糊限制，得到PRF下限；
其中，PRF为脉冲重复频率；
步骤2，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax，得到观测区域内雷达回波散布时间；再根据距离无模糊限制，得到PRF上限；
其中，SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin即为斜距最小值，SAR平台到波束覆盖区的最大作用距离Rmax即为斜距最大值；
步骤3，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定测绘带模糊数范围，根据测绘带无模糊限制，遍历测绘带模糊数范围，得到测绘带模糊带来的PRF限制区间；
步骤4，对于给定的SAR平台高度，由斜距模型获得SAR平台到波束覆盖区的最小作用距离Rmin和最大作用距离Rmax；给定距离模糊数范围，根据高度回波无干扰限制，遍历距离模糊数范围，得到高度向杂波带来的PRF限制区间；
步骤5，对于给定的SAR平台高度，由雷达的加速度，得到加速度带来的多普勒带宽误差；由雷达的速度误差和斜视角误差，对应得到速度误差带来的方位带宽误差和斜视角误差带来的方位带宽误差；进而获得考虑加速度、速度误差和斜视角误差条件下的方位带宽，即得到考虑误差的PRF下限；
根据步骤1-5获得的对应的PRF限制区间，取交集，即可获得给定SAR平台高度下的PRF优化取值范围；步骤1-5即为PRF优化设计原则；
若SAR平台的运动模式为直线平飞，对于该SAR平台飞行高度，遍历雷达的下视角取值范围，按照步骤1-5实施，得到每个斜距对应的PRF取值范围，绘制对应的斑马图，从而得到斜距区间与PRF取值范围的对应关系；再根据PRF取值原则，即可得到斜距区间与PRF值的对应关系，进而得到直线平飞SAR成像的优化的PRF值；若SAR平台的运动模式为曲线轨迹俯冲，则转至步骤6；
其中，所述PRF取值原则为：(a)判断待取值的PRF区间内是否存在能被1000整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(b)；
(b)判断待取值的PRF区间内是否存在能被500整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若不存在，则转至(c)；
(c)判断待取值的PRF区间内是否存在能被100整除的值，若存在，且该值唯一，则选择该值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；若存在两个以上，则选择其中距所述待取值的PRF区间的中点最近的值为该待取值的PRF区间对应的PRF值；
步骤6，按照SAR平台的运动轨迹，将SAR平台的俯冲部分划分为多个高度段；将每个高度段划分为多个高度区间；对于任一高度段，根据该高度段内任一高度区间内的平台高度，遍历雷达的下视角取值范围，通过PRF优化设计原则，得到该高度区间对应的斜距区间和每个斜距对应的PRF取值范围；遍历该高度段内的所有高度区间，即可得到该高度段对应的所有斜距区间及其对应的所有PRF取值范围；
步骤7，根据步骤6得到的该高度段内所有的斜距区间及其对应的所有PRF取值范围，绘制该高度段的斑马图，确定该高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；遍历所有的高度段，得到每个高度段内不同斜距区间对应的PRF取值范围；根据PRF取值原则，确定每个高度段内不同斜距区间的对应PRF值；根据每个高度段内的实际斜距值，选取优化的PRF值，完成基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取。
2.根据权利要求1所述的普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤1中，对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，所述建立SAR成像几何模型和斜距模型，得到加速度补偿后的多普勒带宽Ba；其具体按照以下步骤实施：
(1.1a)通过SAR平台上的惯导系统，获取SAR平台在东北天坐标系OX1Y1Z1中的运动参数；其中，所述运动参数为平台的三维速度v′＝(ve，vn，vs)和三维加速度a′＝(ae，an，as)；
其中，ve为SAR平台的东向速度分量，vn为SAR平台的北向速度分量，vs为SAR平台的天向速度分量；ae为SAR平台的东向加速度分量，an为SAR平台的北向加速度分量，as为SAR平台的天向加速度分量；
将北向速度vn和东向速度ve进行矢量合成，得到合成速度vy，合成速度vy的方向为Y2轴方向；天向速度vs的方向为Z2轴方向，建立右手空间坐标系OX2Y2Z2；得到右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台的速度矢量v＝(0，vy，vz)和加速度矢量a＝(ax，ay，az)；
其中vy为北向速度vn和东向速度ve进行矢量合成得到的合成速度；vz为右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在Z2方向的速度分量，且vz＝vs；ax为右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在X2方向的加速度分量，其具体为：将东向加速度ae和北向加速度an分别沿X2方向投影，并将投影后的两个矢量合成即得；ay为右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在Y2方向的加速度分量，其具体为：将东向加速度ae和北向加速度an分别沿Y2方向投影，将投影后的两个矢量合成即得；az为右手空间坐标系OX2Y2Z2内平台在Z2方向的加速度分量，且az＝as；
(1.1b)设定当雷达运动到T点时，雷达与波束覆盖区任一Q点的斜距模型为：
其中，雷达运动到T点时，在右手空间坐标系OX2Y2Z2内的坐标为(xT，yT，zT)，波束覆盖区任一Q点在右手空间坐标系OX2Y2Z2内的坐标为(xQ，yQ，zQ)，tm是方位慢时间；H为平台高度，θ为波束下视角，Rs为中心斜距，θs为空间斜视角，yn为Q点与P点在OY2方向上的距离，P点为波束中心线与地面的交点；
(1.1c)在方位零时刻，对雷达与波束覆盖区任一Q点的斜距模型求二阶导，得到雷达的多普勒带宽Baa，其表达式为：
其中，λ为载波波长，Ta为子孔径累积时间；
将上式简化为：
其中，ar是雷达的等效加速度，即加速度在波束视线方向的投影，v是雷达的速度的模，
是雷达的等效速度，即速度在波束视线方向的投影；
为速度矢量与波束中心视线矢量的夹角；
(1.1d)引入加速度Deramp因子Kaa，对雷达的等效加速度ar进行补偿，结合雷达高度与斜距之间的关系：Rs＝H/cosθ，得到补偿后的多普勒带宽Ba的表达式为：
(1.1e)设定雷达成像在斜平面的距离横向分辨率为ρa，则距离横向分辨率与多普勒带宽之间的关系为：
由上式，求得子孔径累积时间Ta，代入补偿后的多普勒带宽Ba的表达式，即得到多普勒带宽Ba。
3.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤1中，对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，根据SAR成像几何模型建立雷达波束覆盖区方程，通过等距离环法遍历所有距离单元，确定多普勒中心频率偏移的最大值，得到由多普勒中心偏移带来的带宽，即多普勒中心偏移带宽Bd；其按照以下步骤实施：
(1.2a)设定雷达的俯冲部分，子孔径累计时间内照射场景相同，在俯冲大斜视SAR成像时，波束指向偏移导致多普勒中心频率偏移带来的带宽；则一个波束覆盖范围内，多普勒中心频率偏移的最大值Δfdc为：
其中，λ是载波波长，v是雷达的速度的模，
和
分别表示波束范围内任意两个不同的波束指向与速度的夹角；
表示
和
两个夹角余弦之差的最大值；
(1.2b)雷达发射波束在空间为扁锥体，斜下视照射到地面得到波束覆盖区，即相当于扁锥体被一个平面斜切，切面为扁锥横切面椭圆，波束覆盖区为一个斜椭圆，设定斜椭圆的半长轴为a，斜椭圆的半短轴为b，则斜椭圆的半长轴为俯仰向波束宽度在地面投影长度的一半，即斜椭圆的半长轴为：
其中，H为雷达平台高度，θ为波束下视角，θa为雷达向Y轴正方向发射水平波束宽度，θr为雷达向Y轴正方向发射俯仰波束宽度；
令斜椭圆的圆心到波束中心线地面交点的距离为Δ，扁锥横切面椭圆到方位零时刻雷达所处位置的距离为h，则：
得到扁锥横切面椭圆的半长轴a′与半短轴b′分别为：
以扁锥横切面椭圆的圆心为原点构造坐标系X′O′Y′，建立扁锥横切面的椭圆方程为：
得到斜椭圆与扁锥横切面的椭圆相交于x′＝Δ·cosθ处，将x′＝Δ·cosθ代入斜椭圆方程，求得斜椭圆的半短轴b＝y′；从而得到前视模式下波束覆盖区的椭圆方程为：
(1.2c)设定雷达的偏航角γ，即雷达斜视角地面投影的余角为γ，即将波束覆盖区沿Z轴顺时针旋转γ度，得到前斜视模式下的波束覆盖区方程为：
(1.2d)以距离向分辨率在地面的投影为间隔，设置等距离环，每个等距离环与波束覆盖区均有交点，遍历波束覆盖区内所有的距离单元，求得多普勒中心频率偏移的最大值，进而得到多普勒中心偏移带宽Bd。
4.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤1中，所述根据方位无模糊限制，得到PRF下限；其具体为：
根据PRF不小于方位带宽以保证信号不发生方位混叠的条件，得到脉冲重复频率的下限为：
PRF≥1.2*B，
B＝Ba+Bd。
5.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤2中，对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，所述距离无模糊限制为观测区域内的雷达回波散布时间不超过一个脉冲间隔；所述观测区域内的雷达回波散布时间Tw为：
其中，c为光速，H为雷达平台高度，Tp为发射脉冲宽度，θr为雷达俯仰向波束宽度，θ为波束下视角；
根据等价无穷小替换准则，将上式简化为：
根据脉冲重复时间和脉冲重复频率互为倒数的关系，得到脉冲重复时间的下限，即脉冲重复频率的上限：
PRT≥(Tw)max，即
其中，PRT为脉冲重复时间，PRF为脉冲重复频率；(Tw)max为预设PRF选择期内，观测区域中雷达回波散布时间的最大值。
6.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤3中，所述根据测绘带无模糊限制，遍历测绘带模糊数范围，其具体为：
首先，将测绘带无模糊限制转化为以下两个约束条件：一是雷达到测绘带最近距离的回波时延不能小于m·PRT+Tp；二是雷达到测绘带最远距离的回波时延不能大于(m+1)PRT-Tp；则对应的测绘带无模糊限制的约束条件的表达式为：
其中，m表示测绘带模糊数，PRT为脉冲重复时间，且与PRF互为倒数；τr为雷达天线在发射与接收之间切换时所需的保护时间，c为光速，H为雷达平台高度，Tp为发射脉冲宽度，θr为雷达俯仰向波束宽度，θ为波束下视角；
其次，从测绘带模糊数范围的较小端值开始，每次测绘带模糊数加1，直至取到测绘带模糊数范围的较大端值，即完成遍历测绘带模糊数范围；每取一个测绘带模糊数，根据测绘带无模糊限制的约束条件，计算满足约束条件的PRT范围，进而得到对应的PRF范围；
最后，对所有满足测绘带无模糊限制的测绘带模糊数对应的PRF范围取交集，即可得到测绘带无模糊限制带来的PRF限制区间。
7.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤4中，根据高度回波无干扰限制，遍历距离模糊数范围，其具体为：
首先，将所述高度回波无干扰限制转化为以下两个约束条件：一是雷达到测绘带最近距离的时间与高度向回波到雷达的时间之差不能小于n·PRT+2Tp；二是雷达到测绘带最远距离的时间与高度向回波到雷达的时间之差不能大于(n+1)·PRT-Tp；则对应的高度回波无干扰限制的约束条件的表达式为：
其中，c为光速，H为雷达平台高度，Tp为发射脉冲宽度，θr为雷达俯仰向波束宽度，θ为波束下视角，n表示距离模糊数，2Tp是高度向杂波的信号脉宽；
其次，从距离模糊数范围的较小端值开始，每次距离模糊数加1，直至取到距离模糊数范围的较大端值，即完成遍历距离模糊数范围；每取一个距离模糊数，根据高度回波无干扰限制的约束条件，计算满足约束条件的PRT范围，进而得到满足条件的PRF范围；
最后，对所有满足高度回波无干扰限制的距离模糊数对应的PRF范围取交集，即可得到高度回波无干扰限制带来的PRF限制区间。
8.根据权利要求2所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，所述加速度带来的多普勒带宽误差，其表达式为：
其中，Ta为子孔径累积时间；
对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，所述速度误差带来的多普勒中心偏移带宽误差，其表达式为：
其中，
和
分别表示波束范围内任意两个不同的波束指向与速度的夹角；
表示
和
两个夹角余弦之差的最大值；v表示雷达的速度的模；Δvy为Y轴方向的速度误差，Δvz为Z轴方向的速度误差；
对于曲线轨迹俯冲大斜视SAR，所述斜视角误差带来的方位带宽误差，其表达式为：
其中，
为雷达速度矢量与波束指向夹角的误差。
9.根据权利要求1所述的一种普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，步骤6按照以下步骤实施：
(6.1)高度段划分：
设定系统的PRF调整次数为M，且一个高度段对应一个PRF值，将SAR平台的俯冲部分均匀划分为M个高度段；
其中，SAR平台的俯冲部分的长度为L；
(6.2)高度区间划分：
对于任一高度段，设定距离步进量为Δl，将该高度段划分为
个高度区间，取每个高度区间的中点位置对应的高度值作为该区间的高度；
(6.3)分高度区间确定PRF：
对于任一高度区间，遍历所有的下视角取值范围，根据PRF优化设计原则，得到该高度区间的一系列斜距值及每个斜距值对应的PRF取值范围；遍历该高度段内的所有高度区间，得到该高度段内所有的斜距值及每个斜距值对应的PRF取值范围；
其中，一个高度区间和一个下视角共同确定一个斜距值，一个斜距值对应一个PRF取值范围。
10.根据权利要求2-9任一项权利要求所述的普适的SAR成像PRF优化设计方法，其特征在于，若设定加速度为零，即a＝(ax，ay，az)＝0，按照步骤1-7实施，即可得到直线俯冲SAR成像的优化的PRF值，完成直线俯冲SAR成像的基于斜距区间划分的PRF分高度段优化选取；
若设定多普勒中心频率偏移为零，则多普勒中心频率偏移的最大值为0，按照步骤1-7实施，即可得到曲线轨迹俯冲大斜视的条带模式下SAR成像的优化的PRF值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910576771.8A CN110208801B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种普适的sar成像prf优化设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910576771.8A CN110208801B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种普适的sar成像prf优化设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110208801A CN110208801A (zh) | 2019-09-06 |
| CN110208801B true CN110208801B (zh) | 2022-12-27 |
Family
ID=67795382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910576771.8A Active CN110208801B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种普适的sar成像prf优化设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110208801B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112068134B (zh) * | 2020-09-09 | 2022-07-08 | 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 | 角误差斜率值检测方法、装置及设备 |
| CN112198512A (zh) * | 2020-09-21 | 2021-01-08 | 北京理工大学 | 基于连续调整脉冲间隔的星载sar方位采样时序设计方法 |
| CN113359876B (zh) * | 2021-06-23 | 2022-02-11 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 机载sar雷达大承载偏心一轴平台的控制方法及装置 |
| CN113406638A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-09-17 | 南京工程学院 | 一种基于多旋翼无人机sar成像系统的参数一体化设定方法 |
| CN115166735A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-10-11 | 北京理工雷科电子信息技术有限公司 | 一种合成孔径雷达成像在线自适应波形参数调整方法 |
| CN115129291B (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-22 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种三维倾斜摄影测量模型可视化优化方法、装置和设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61193088A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-08-27 | Nec Corp | 合成開口レ−ダ装置 |
| CN101526614A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-09 | 北京理工大学 | 基于子孔径和等效散射体的sar回波快速模拟方法 |
| EP2574957A1 (fr) * | 2011-09-30 | 2013-04-03 | Thales | Procédé d'estimation de la fréquence doppler non ambigue d'une cible mobile, notamment marine, et radar mettant en oeuvre le procédé |
| CN105785327A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 频率分集阵列合成孔径雷达高分辨宽测绘带成像方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9864054B2 (en) * | 2014-03-10 | 2018-01-09 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | System and method for 3D SAR imaging using compressive sensing with multi-platform, multi-baseline and multi-PRF data |
-
2019
- 2019-06-28 CN CN201910576771.8A patent/CN110208801B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61193088A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-08-27 | Nec Corp | 合成開口レ−ダ装置 |
| CN101526614A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-09 | 北京理工大学 | 基于子孔径和等效散射体的sar回波快速模拟方法 |
| EP2574957A1 (fr) * | 2011-09-30 | 2013-04-03 | Thales | Procédé d'estimation de la fréquence doppler non ambigue d'une cible mobile, notamment marine, et radar mettant en oeuvre le procédé |
| CN105785327A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 频率分集阵列合成孔径雷达高分辨宽测绘带成像方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A sub-aperture imaging algorithm for highly squinted SAR based on frequency phase correction;Zhenyu Li et al.;《APSAR》;20150904;第254-257页 * |
| 弹载下降段大前斜聚束SAR成像时序设计;邓欢 等;《系统工程与电子技术》;20160531;第38卷(第5期);第1032-1038页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110208801A (zh) | 2019-09-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110208801B (zh) | 一种普适的sar成像prf优化设计方法 | |
| CN106226768B (zh) | 超高分辨率敏捷sar卫星滑动聚束模式系统参数设计方法 | |
| US4546354A (en) | Range/azimuth ship imaging for ordnance control | |
| CN102508243B (zh) | 一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达的波位设计方法 | |
| CN107132537B (zh) | 一种基于机电联合扫描的sar卫星在轨性能提升方法 | |
| CN107092014B (zh) | 一种弹载双基前视sar舰船目标定位的优化方法 | |
| CN109521424B (zh) | 星载滑动聚束sar卫星姿态和prf序列设计方法 | |
| JPS62231188A (ja) | 船舶の合成開口レ−ダ結像方法および装置 | |
| RU2381524C1 (ru) | Следящая система сопровождения подвижных объектов | |
| CN107390181B (zh) | 一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法 | |
| CN111965640B (zh) | 一种大斜视中高轨sar二维波束扫描方法 | |
| CN115792907A (zh) | 星载sar斜视滑动聚束模式方位向成像参数设计方法 | |
| CN110161503B (zh) | 基于三维等距圆模型的近距宽域sar高分辨成像方法 | |
| CN112084676B (zh) | 用于分布式雷达短时孔径合成的路径规划方法 | |
| CN104090277B (zh) | 一种滑动式圆周合成孔径雷达成像方法 | |
| KR20190084730A (ko) | 비선형 비행 궤적에서 스퀸트 스포트라이트 모드를 위한 sar 신호 처리기와 항공기 탑재 합성구경 레이더 및 방법 | |
| CN107589421B (zh) | 一种阵列前视sar成像方法 | |
| RU2735744C1 (ru) | Способ обзорной однопозиционной трилатерационной некогерентной радиолокации воздушных целей | |
| CN110261852B (zh) | 一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统及方法 | |
| RU2408847C1 (ru) | Способ самонаведения летательных аппаратов на гиперзвуковые цели | |
| CN110389339A (zh) | 一种雷达dbs成像几何失真校正与子图像拼接方法 | |
| CN107271996B (zh) | 一种机载cssar地面运动目标成像方法 | |
| CN102176013A (zh) | 一种弹载非理想凝视聚束式sar混合度提取方法 | |
| CN110579762A (zh) | 一种太赫兹圆迹sar快速后向投影成像方法 | |
| RU2660159C1 (ru) | Способ определения угла сноса летательного аппарата бортовой радиолокационной станцией |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |