一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达的波位设计方法

摘要

本发明涉及一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达的波位设计方法，属于合成孔径雷达技术领域。本发明通过满足系统指标所需要的相干积累时间，计算卫星平台运行走过的纬度幅角范围，再根据卫星平台与目标的相对几何关系，考虑地球自转的影响，精确计算测绘带的回波窗口信息；然后根据星下点回波和发射脉冲遮挡，计算有效的PRF范围，并绘制斑马图。在有效PRF范围内，设计工作参数，优化选择PRF，满足系统性能的要求，完成GEO SAR波位设计，能够更为精确的计算得到GEO SAR的测绘带的最小斜距和回波窗口信息，尤其适用于椭圆轨道、不能忽略地球自转的星载SAR平台的波位设计。

主权项

1.一种倾斜地球同步轨道合成孔径雷达的波位设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，根据卫星平台所处位置的纬度幅角α、波位的中心视角θ_i和系统分辨率ρ_ed，计算满足系统指标所需要的相干积累时间T_a；次优分辨的情况下，相干积累时间取决于系统要求的分辨率大小，具体计算如下：其中，V_st为平台与目标的相对速度，λ为系统的工作波长；R为中心斜距；斜距平面内雷达观测的中心视角为θ_i的波位对应的中心斜距R为其中，R_e为地球半径，R_S为卫星到地心的距离，α_i为轨道倾角，为目标所在位置的地心角；轨道位置在纬度幅角α处的卫星平台与目标的相对速度V_st为其中，ω_e为地球的自转速度，ω_s为卫星运行的角速度；步骤二，根据步骤一得到的相干积累时间T_a，计算卫星平台运行走过的纬度幅角范围α_S；步骤三，在步骤二的基础上，根据卫星平台与目标的相对几何关系，考虑地球自转的影响，精确计算测绘带的回波窗口信息；然后根据星下点回波和发射脉冲遮挡，计算有效的脉冲重复频率范围，并绘制斑马图；当卫星照射为等效后斜时，测绘带的最小斜距在测绘带近端，对应地心角φ_n、波束初始照射时刻的卫星轨道位置(α-α_S)取得其中，R_S1＝a(1-e²)/(1+ecos(α-α_S-ω))；ω为近地点幅角，卫星运行轨道为椭圆轨道，半长轴为a，偏心率为e；而测绘带的最大斜距在测绘带远端，对应地心角φ_f、波束结束照射时刻的卫星轨道位置(α+α_S)取得其中，R_S2＝a(1-e²)/(1+ecos(α+α_S-ω))；有效测绘带的最小和最大斜距要避开星下点回波和发射脉冲遮挡；为了避开星下点回波，PRF与回波窗口信息满足下式的限制其中，PRF为脉冲重复频率，T_p为发射信号的脉冲宽度，T_w-nadir为星下点回波持续时间，m为自然数，m＝±1，±2，L±m_h，m_h＝int(R_max·PRF_max)-int(2H/c·PRF_max)，其中int(x)为取整函数，W_g为测绘带宽度，c为光速，H为轨道高度，H＝R_s-R_e；为避开发射脉冲遮挡，PRF与回波窗口信息满足下式的限制其中，T_g为保护带时间；n为自然数，n＝int(R_min·PRF_min):int(R_max·PRF_max)，PRF_min＝2V_st/L_a，L_a为天线尺寸；由此得到该波位下未被星下点回波和发射脉冲遮挡的有效脉冲重复频率范围： 步骤四，在步骤三得到的有效脉冲重复频率范围内，设计工作参数，优化选择脉冲重复频率，满足系统性能的要求，完成倾斜地球同步轨道合成孔径雷达波位设计。