双站合成孔径雷达海浪方向谱的仿真方法

摘要

本发明公布了一种双站合成孔径雷达海浪方向谱的仿真方法。包括以下步骤：根据海浪参数，计算JONSWAP海浪谱和海浪铅直位移；依据雷达波调制理论和BiSAR系统参数，得到含有海浪轨道速度和加速度的BiSAR回波信号；然后根据BiSAR距离-多普勒成像算法，对回波信号进行匹配滤波处理，得到BiSAR海浪图像的解析式；并采用数值积分的方法来求得BiSAR海浪图像。最后，对BiSAR海浪图像进行二维FFT运算可得到BiSAR海浪方向谱。本发明不需要在时域内产生回波信号和成像处理而是采用数值积分的方法来求得BiSAR海浪图像，具有较高的运算效率。

主权项

1.一种双站合成孔径雷达海浪方向谱的仿真方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，根据海浪参数，计算JONSWAP海浪谱和海面铅直位移：JONSWAP海浪谱的表达式为其中$\sigma =\left\{\begin{array}{cc}0.07& {\omega }_m\le \omega \\ 0.09& {\omega }_m>\omega \end{array}\right.,$ω_m为谱峰值角频率，ω为海浪的角频率，γ为峰升因子，σ为峰形参量，g为引力常数，α为尺度系数；根据Longuet-Higgins模型；海面铅直位移ζ为：其中，c.c.表示复共轭算子，i为虚数，t为时间，x为海面空间向量，N为海浪波数的个数，j表示索引数，k_j为第j个海浪的波数向量，φ_j为第j个海浪的相位噪声，S(ω_j)表示角频率为ω_j的JONSWAP海谱的数值，Δω_j＝ω_j+1-ω_j表示为第j+1与第j海浪角频率的差；步骤二，根据双站SAR几何参数和雷达波参数，则含有轨道速度和加速度扰动的海面回波信号可表示为：其中，σ₀表示海浪的散射系数，x₀表示海面的某一位置，m(k_j)为海浪对雷达波的调制系数，为发射机所产生的相位，为接收机所产生的相位；当收发天线为正侧视，则发射信号或接收信号的相位可表示为k为雷达波的波数，下标n＝{1，2}，n＝1表示的是发射机，n＝2表示的是接收机，V_n为发射机/接收机的速度，R_n为发射机/接收机与海面中心的最近距离，为发射机/接收机常数相位项，U_n为发射机/接收机海浪轨道速度，A_n为发射机/接收机海浪轨道的加速度；步骤三：根据双站SAR距离-多普勒成像算法，对回波信号进行匹配滤波处理，得到双站SAR的海浪图像：当发射天线的方向图为和接收天线的方向图为其中，T表示为合成孔径时间，方位向匹配滤波器为BiSAR输出功率密度函数为r(t，x₀)＝G₂(t，x₀)G₁(t，x₀)e(t，x₀)*h(t，x₀)，其中，*表示的卷积运算，双站SAR海浪图像I(x)可表式为，$I\left(x\right)={\left|\underset{-\infty }{\overset{\infty }{\int }}r(t,x_0){\mathrm{dx}}_0\right|}^2$$=\frac{\pi }{2}{T}^2{\int }_{-\infty }^{\infty }\sigma \left(x_0\right)\frac{\exp \{-{\pi }^2{[\frac{\frac{V_1}{V_2}x-x_0-\frac{R_1}{V_1}{U}_1}{{\rho }_1^{\prime }}+\frac{x-x_0-\frac{R_2}{V_2}{U}_2}{{\rho }_2^{\prime }}]}^2\}}{{\{1+{\left[k{\left(\frac{T^2}{2}\right)}^2\left(\frac{A_1+A_2}{2}\right)\right]}^2\}}^{\frac{1}{2}}}{\mathrm{dx}}_0,$其中，为发射机或接收机所产生的方位分辨率，λ为雷达波波长，x为BiSAR图像的位置，为由轨道加速度导致图像分辨率下降因子；步骤四，将BiSAR海浪图像进行二维FFT运算后，得到BiSAR海浪方向谱。