一种通用模式下星载SAR等效噪声系数的计算方法

摘要

本发明公开一种通用模式下星载SAR等效噪声系数的计算方法，属于信号处理领域，包括读入星载SAR系统的相关参数、获取在中心时刻波束照射场景中心点时的卫星地距几何关系参数、进行距离向天线宽度展宽、计算所选取方位向第j列位置点的合成孔径时间、计算所选取方位向第j列位置点的卫星地距几何关系参数、获取所选取位置点在距离向天线方向图中的增益和计算所选取的位置点的等效噪声系数等步骤。本发明采用地球球体模型，和实际情况逼近，结果更加准确和可靠；本发明在获取等效噪声系数时，充分考虑了斜视状态时的空间几何特性，具有更高的可靠性。本发明得到等效噪声系数随距离向位置和方位向位置变换的三维曲线，结果表现形式直观性强。

主权项

1.一种通用模式星载SAR等效噪声系数的计算方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：读入星载SAR系统的相关参数，包括：轨道高度H，卫星飞行速度v_sat,天线方位向尺寸La，天线距离向尺寸Lr，雷达工作波长λ，方位向分辨率ρ_a，距离向分辨率ρ_r，平均地球半径R_e，光速c，天线安装角η_f，波尔兹曼常数K，雷达接收机工作温度T，雷达接收机噪声系数F，系统损耗L，天线效率η，发射脉冲信号峰值功率P_t，脉冲宽度t_p，脉冲重复频率prf，方位向展宽因子K_w，天线中心视角θ_m，测绘带起始扫描角测绘带终止扫描角测绘带中间扫描角等效噪声系数距离向选取位置点个数N_r和方位向选取位置点个数N_a，距离向测绘带宽度SW_r，方位向观测带宽度SW_a；步骤二：获取在中心时刻，波束照射场景中心点时的卫星地距几何关系参数；具体为：（1）、以地球球心为原点建立星地空间几何关系坐标系，其中Z轴方向为由地球球心指向卫星；Y轴方向为以地球球心为起点，方向与卫星速度方向平行；X轴方向为以地球球心为起点，垂直于卫星航迹方向，使该坐标系构成右手直角坐标系；（2）、获取在中心时刻，波束照射场景中心点时的波束中心视角θ_m′，入射角β_m′和地心角γ_m'：（3）、获取波束照射场景中心点时波束中心照射点与卫星平台的斜距R_m；（4）、获取测场景中心点B点的坐标(x,y,z)；（5）、获取场景中心点B点所在距离向的小圆半径r和距离向离轴角α_B；（6）、计算星载SAR系统的混合度因子ε；①若星载SAR系统工作模式为条带模式，则混合度因子ε＝1；②若星载SAR系统工作模式为聚束模式，则混合度因子ε＝0；③若星载SAR系统工作模式为滑动聚束模式，则混合度因子其中ρ_a表示方位向分辨率，La表示天线方位向尺寸；（7）、利用卫星地距几何关系，计算卫星平台与波束中心指向点的斜距在垂直于卫星航迹方向的投影R_o；步骤三：根据距离向分辨率要求，利用波束照射场景中心点时的入射角β_m′，计算得到信号带宽B′_r，最终得到发射信号带宽B_r，具体为：（1）计算信号带宽B′_r；（2）、对信号带宽B′_r进行近似处理，判断当B′_r＞1.9GHz时，令发射信号带宽B_r＝2GHz，当200MHz＜B′_r＜1.9GHz时，令其中，表示对进行取整运算；步骤四：进行距离向天线宽度展宽；首先计算距离向观测带宽度对应的波束宽度α_r，然后计算满足天线波束宽度要求的天线等效宽度L_t，最后将天线等效宽度与真实天线宽度进行比较，判断是否需要将天线等效宽度L_t进行波束展宽，得到展宽后的天线宽度L_t和衰减系数k_t，具体为：（1）、计算距离向观测带宽度对应的波束宽度α_r；（2）、计算满足天线波束宽度要求的天线等效宽度L_t；（3）、将天线等效宽度L_t与天线物理宽度进行比较，判断是否需要进行波束展宽；若天线等效宽度L_t大于真实天线宽度Lr，则需要进行波束展宽，展宽后的天线宽度为L_t′＝Lr；若天线等效宽度L_t小于真实天线宽度Lr，则天线等效宽度L_t不变，即展宽后的天线宽度L_t′仍为天线等效宽度L_t；（4）、计算天线宽度展宽比例k_ext，为展宽后天线等效宽度的电尺寸与天线物理宽度的比值；（5）、判断若天线宽度展宽比例k_ext满足1/k_ext＞2.0，则天线等效宽度展宽后造成的衰减系数k_t为k_t＝10^-0.2，若k_ext满足1.2＜1/k_ext≤2.0，则衰减系数k_t为k_t＝10^-0.1，k_ext满足1/k_ext≤1.2，则衰减系数k_t为k_t＝10^-0.02；步骤五：计算所选取方位向第j列位置点的合成孔径时间t_j，具体为：（（1）若星载SAR系统工作模式为条带模式，则计算合成孔径时间t_j为其中，Ψ为3dB波束宽度，R_o表示卫星平台与波束中心指向点的斜距在垂直于卫星航迹方向的投影，v_sat表示卫星飞行速度，为测绘带中间扫描角；（2）若星载SAR系统工作模式为聚束模式，则计算合成孔径时间的过程具体为：①、获取在雷达照射起始时刻，波束中心的中心视角θ_l′，入射角β_l′和地心角γ_l′；②、获取在雷达照射终止时刻，波束中心的中心视角θ_r′，入射角β_r′和地心角γ_r′；③、计算合成孔径时间t_j；（3）若星载SAR系统工作模式为滑动聚束模式，则采用如下方法计算合成孔径时间，具体为：①、利用合成孔径时间计算示意图中的几何关系计算所选取方位向第j列位置点对应的距离参量DF；②、计算所选取方位向第j列位置点对应的起始扫描角α_j和终止扫描角β_j及中间扫描角Ω_j；③、利用所选取方位向第j列位置点对应的起始扫描角α_j和终止扫描角β_j计算所选取方位向第j列位置点的合成孔径时间t_j；步骤六：计算所选取方位向第j列位置点的卫星地距几何关系参数,具体为：（1）若星载SAR系统工作模式为条带模式，则采用如下方法计算卫星地距几何关系参数，具体为：①、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心视角θ_j，波束中心照射点的入射角χ_j和地心角γ_j；②、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心点与卫星平台的斜距R_j；③、获取波束照射第j列位置点时的波束指向点B_j的坐标(X_j,Y_j,Z_j)；④、获取波束照射第j列位置点时的波束指向点B_j点所在距离向的小圆半径r_j和离轴角ζ_j；（2）若星载SAR工作模式为聚束模式，则采用如下方法计算卫星地距几何关系参数，具体为：①、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心视角θ_j，波束中心照射点的入射角χ_j和地心角γ_j；②、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心点与卫星平台的斜距R_j；③、获取波束照射第j列位置点时的波束指向点B_j的坐标(X_j,Y_j,Z_j)；④、获取B_j点所在距离向的小圆半径r_j和离轴角ζ_j；（3）若星载SAR系统工作模式为滑动聚束模式，则采用如下方法计算卫星地距几何关系参数，具体为：①、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心视角θ_j，波束中心照射点的入射角χ_j和地心角γ_j；②、获取波束照射方位向第j列位置点时的波束中心点与卫星平台的斜距R_j；③、获取波束照射第j列位置点时的波束指向点中心点B_j的坐标(X_j,Y_j,Z_j)；④、获取B_j点所在距离向的小圆半径r_j和离轴角ζ_j；步骤七、获取所选取位置点(i,j)在距离向天线方向图中的增益，其中i表示位置点对应的距离向行数，j表示其对应的方位向列数，具体为：（1）、计算距离向相邻位置点对应的小圆圆心角ΔΛ_j；（2）、计算位置点(i,j)对应的小圆圆心角Λ_ij；（3）、计算位置点(i,j)对应的离轴角ζ_ij；（4）、计算位置点(i,j)在距离向天线方向图中的天线增益G_ij；步骤八：计算所选取的位置点(i,j)的等效噪声系数NEσ⁰_ij：（1）若星载SAR系统工作模式为条带模式，则采用如下方法计算等效噪声系数NEσ⁰_ij，具体为：①、计算所选取的位置点(i,j)与卫星平台的斜距R_ij；②、计算天线增益G0_ij；③、计算所选取的位置点(i,j)的等效噪声系数NEσ⁰_ij；（2）若星载SAR系统工作模式为聚束模式，则采用如下方法计算等效噪声系数NEσ⁰_ij，具体为：①、计算各采样时刻所选取的位置点(i,j)与卫星平台的斜距矩阵R_ij，R_ij为1×N_j的矩阵，其中N_j＝t_j·prf，其中t_j表示合成孔径时间，prf表示脉冲重复频率；N_j表示合成孔径时间内的采样点个数；②、计算所选取方位向第j列位置点对应的天线增益Ga_j；③、计算天线峰值增益；④、计算所选取的位置点(i,j)的等效噪声系数NEσ^0ij；（3）若星载SAR系统工作模式为滑动聚束模式，则采用如下方法计算等效噪声系数NEσ⁰_ij，具体为：①、计算采样时刻所选取的位置点(i,j)与卫星平台的斜距矩阵R_ij[N_j]，其中N_j＝t_j·prf；②、计算天线增益；③、计算所选取的位置点(i,j)的等效噪声系数NEσ⁰_ij；步骤九：判断方位向第j列的N_r个位置点是否全部完成步骤七到步骤八的计算，若没有计算完毕，则返回步骤七继续执行；若全部计算完毕，则执行步骤十；步骤十：判断方位向的N_a列是否全部完成步骤五到步骤八的计算，若没有计算完毕，则返回步骤五继续执行；若全部计算完毕，则执行步骤十一；步骤十一：将计算得到的N_a×N_r个等效噪声系数NEσ⁰_ij绘制成随距离向和方位向变化的三维曲面。