一种高低轨双基SAR斜距确定方法技术

本发明专利技术公开了一种高低轨双基SAR斜距确定方法，该方法包括如下步骤：(1)、建立非“停‑走”假设；假设SAR脉冲信号在发射时刻t时从高轨卫星发出，此时高轨卫星的位置为PG(t)，速度为VG(t)，低轨卫星的位置为PL(t)，速度为VL(t)、加速度为aL(t)，经过第一时延η′后，卫星信号到达目标位置PT，定义此时低轨卫星位置为PL(t1)、速度为VL(t1)，卫星信号经目标反射形成回波信号，回波信号在第二时延η″后，到达低轨卫星，被低轨卫星接收，定义此时低轨卫星的位置为PL(t2)。(2)、在非“停‑走”假设下，推导高低轨双基SAR精确斜距模型；(3)、根据高低轨双基SAR精确斜距模型，计算高低轨双基SAR精确斜距r(t)。该发明专利技术斜距计算精度高，具有很好地抑制模糊和聚焦的效果。

A Method for Oblique Range Determination of High and Low Rail Dual-Base SAR

The invention discloses a method for determining the slant distance of dual-base SAR in high and low orbit, which includes the following steps: (1) establishing a non-stop-walk hypothesis; assuming that the SAR pulse signal is sent from the high orbit satellite at the time t, when the position of the high orbit satellite is PG (t), the velocity is VG (t), the position of the low orbit satellite is PL (t), the velocity is VL (t), and the acceleration is aL (t), after the first delay_', The position of LEO satellite is defined as PL (t1) and VL (t1). The satellite signal is reflected by the target to form an echo signal. The echo signal arrives at the LEO satellite after the second time delay_and is received by the LEO satellite. The position of the LEO satellite is defined as PL (t2). (2) Under the assumption of non-stop-and-go, the precise slant model of high and low orbit bistatic SAR is deduced; (3) According to the precise slant model of high and low orbit bistatic SAR, the precise slant R (t) of high and low orbit bistatic SAR is calculated. The invention has high accuracy in calculating oblique distance, and has good effect of restraining ambiguity and focusing.

【技术实现步骤摘要】
一种高低轨双基SAR斜距确定方法
本专利技术涉及一种高低轨双基SAR斜距确定方法，属于微波遥感和信号处理

技术介绍
地球同步轨道SAR地面覆盖范围广、时间分辨率高，但空间分辨率低；低轨道SAR的空间分辨率高，可达亚米级，但时间分辨率低，必须大规模组网飞行以提高重访能力，系统复杂代价高昂。为充分利用GEO卫星和LEO卫星的优势，可通过对轨道构型进行合理设计，采用以GEO卫星发射的合作信号为主动照射源，LEO卫星被动无源接收地面散射信号的双/多基协同体制，进行组网观测。这种空间遥感体制，同时具备高时空分辨率和高信噪比，可实现全球成像、测绘、地面动目标检测等多种应用，且灵活性强、成本低、抗摧毁和抗干扰能力强，可实现轻型化、模块化及商业化，具有广阔的应用前景。斜距模型是SAR信号建模与成像处理的基础，其对图像质量有较大的影响。传统斜距模型是基于“停-走”假设下建立的，其假设SAR卫星发射信号到接收目标散射信号期间卫星是不移动的，而实际过程中卫星是不断运动的，导致基于“停-走”假设的斜距模型与实际斜距间存在误差。在低轨情况时，该误差通常较小，对成像质量的影响可以忽略。但对于GEO-LEO双基SAR(GEO-LEOBiSAR)中，由于信号收发时延长、接收机速度快，基于“停-走”假设引入的误差对成像质量有较大影响，不可忽略。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种高低轨双基SAR斜距确定方法，该方法基于非“停-走”假设，解决了高低轨双基SAR精确斜距建模问题，提高斜距计算精度。本专利技术的技术解决方案是：一种高低轨双基SAR斜距确定方法，该方法包括如下步骤：(1)、建立非“停-走”假设；(2)、在非“停-走”假设下，推导高低轨双基SAR精确斜距模型；(3)、根据高低轨双基SAR精确斜距模型，计算高低轨双基SAR精确斜距r(t)。所述非“停-走”假设为：假设SAR脉冲信号在发射时刻t时从高轨卫星发出，此时高轨卫星的位置为PG(t)，速度为VG(t)，低轨卫星的位置为PL(t)，速度为VL(t)、加速度为aL(t)，经过第一时延η′后，卫星信号到达目标位置PT，定义此时低轨卫星位置为PL(t1)、速度为VL(t1)，卫星信号经目标反射形成回波信号，回波信号在第二时延η″后，到达低轨卫星，被低轨卫星接收，定义此时低轨卫星的位置为PL(t2)。所述高低轨双基SAR精确斜距模型为：RL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星与目标的距离，VL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星速度，||RG(t)||为高轨卫星与地面目标的距离。卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星位置RL(t1)、速度VL(t1)分别为：其中，RG(t)为卫星信号发射时刻t高轨卫星与目标的距离，RL(t)为卫星信号发射时刻t低轨卫星与目标的距离，VL(t)、aL(t)卫星信号发射时刻t低轨卫星所在的速度和加速度，c为光速。所述步骤(2)具体的推导过程为：(2.1)、计算非“停-走”假设下，回波信号到达低轨卫星时刻，目标到低轨卫星的距离：(2.2)、忽略时延η″内低轨卫星速度变化，将步骤(2.1)得到的目标到低轨卫星的距离简化为(2.3)、采用目标到低轨卫星的距离除以光速得到回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″；(2.3)、将回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″做泰勒展开，并忽略高阶微小项，得到简化后的回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″公式：其中,(2.4)、将简化后的回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″公式代入高低轨双基SAR斜距公式r(t)＝||RG(t)||+c·η″，最终求得在SAR脉冲信号发射时刻t时，非“停-走”假设下的斜距模型。所述高轨卫星为GEO卫星。所述低轨卫星为LEO卫星。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术采用基于非“停-走”假设，相比于传统“停-走”假设其构建的斜距模型精度高，可提高斜距计算精度。(2)、本专利技术基于非“停-走”假设建立的高低轨双基SAR精确斜距模型能够很好地抑制模糊，实现很好的聚焦效果。(3)、通过仿真数据验证，本专利技术高低轨双基SAR精确斜距模型在成像处理方面具有超强的有效性。附图说明图1为本专利技术实施例GEO-LEOBiSAR系统中非“停-走”下的信号传播示意图；图2为本专利技术实施例高低轨双基SAR卫星星下点轨迹；图3(a)为本专利技术实施例采用“停-走”假设斜距模型在合成孔径时间内由的残余误差；图3(b)为本专利技术实施例采用本专利技术的斜距模型在合成孔径时间内由的残余误差；图4(a)为本专利技术实施例采用“停-走”假设斜距模型点目标的成像结果；图4(b)为本专利技术实施例采用本专利技术的非“停-走”假设斜距模型点目标的成像结果。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种高低轨双基SAR斜距确定方法，该方法包括如下步骤：首先，建立非“停-走”假设；如图1所示，所述非“停-走”假设为：假设SAR脉冲信号在发射时刻t时从高轨卫星(GEOSAR卫星)发出，此时高轨卫星(LEOSAR卫星)的位置为PG(t)，速度为VG(t)，低轨卫星(LEOSAR卫星)的位置为PL(t)，速度为VL(t)、加速度为aL(t)，经过第一时延η′后，卫星信号到达目标位置PT，定义此时低轨卫星(LEOSAR卫星)位置为PL(t1)、速度为VL(t1)，卫星信号经目标反射形成回波信号，回波信号在第二时延η″后，到达低轨卫星(LEOSAR卫星)，被低轨卫星(LEOSAR卫星)接收，定义此时低轨卫星的位置为PL(t2)。这种非“停-走”假设相对与传统的“停-走”假设，其可提升斜距计算精度，从而提升回波信号模型精度，对提高图像聚焦效果具有很好的作用。其次，在非“停-走”假设下，推导高低轨双基SAR精确斜距模型；基于上述非“停-走”假设，可以看出：(2.1)、回波信号到达低轨卫星时刻，目标到低轨卫星的距离：式中，c为电磁波传播速度。(2.2)、由于信号在目标到LEOSAR卫星间的传播时延η″极短，忽略时延η″内LEO卫星速度变化，可以忽略时延η″内地轨卫星速度变化，将步骤(2.1)得到的目标到低轨卫星的距离简化为：(2.3)、采用目标到低轨卫星的距离除以光速得到回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″；(2.3)、将回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″做泰勒展开，并忽略高阶微小项，得到简化后的回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″公式：其中：(2.4)、将简化后的回波信号从目标位置到低轨卫星的时间η″公式代入高低轨双基SAR斜距公式r(t)＝||RG(t)||+c·η″，最终求得在SAR脉冲信号发射时刻t时，非“停-走”假设下的斜距模型：RL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星与目标的距离，VL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星速度，||RG(t)||为高轨卫星与地面目标的距离。卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星位置RL(t1)、速度VL(t1)分别为：其中，RG(t)为卫星信号发射时刻t高轨卫星与目标的距离，RL(t)为卫星信号发射时刻t低轨卫星与目标的距离，VL(t)、aL(t)卫星信号发射时刻t低轨卫星所在的速度和加速度，c为光速。最后，根据高低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高低轨双基SAR斜距确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、建立非“停‑走”假设；(2)、在非“停‑走”假设下，推导高低轨双基SAR精确斜距模型；(3)、根据高低轨双基SAR精确斜距模型，计算高低轨双基SAR精确斜距r(t)。

【技术特征摘要】
1.一种高低轨双基SAR斜距确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、建立非“停-走”假设；(2)、在非“停-走”假设下，推导高低轨双基SAR精确斜距模型；(3)、根据高低轨双基SAR精确斜距模型，计算高低轨双基SAR精确斜距r(t)。2.根据权利要求1所述的一种高低轨双基SAR斜距计算方法，其特征在于所述非“停-走”假设为：假设SAR脉冲信号在发射时刻t时从高轨卫星发出，此时高轨卫星的位置为PG(t)，速度为VG(t)，低轨卫星的位置为PL(t)，速度为VL(t)、加速度为aL(t)，经过第一时延η′后，卫星信号到达目标位置PT，定义此时低轨卫星位置为PL(t1)、速度为VL(t1)，卫星信号经目标反射形成回波信号，回波信号在第二时延η″后，到达低轨卫星，被低轨卫星接收，定义此时低轨卫星的位置为PL(t2)。3.根据权利要求2所述的一种高低轨双基SAR斜距计算方法，其特征在于所述高低轨双基SAR精确斜距模型为：RL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星与目标的距离，VL(t1)为卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星速度，||RG(t)||为高轨卫星与地面目标的距离。4.根据权利要求3所述的一种高低轨双基SAR斜距计算方法，其特征在于卫星信号到达目标位置PT时刻低轨卫星位置RL(t1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕争，朱宇，匡辉，张玥，张庆君，梁健，麻丽香，李腾飞，王跃锟，徐明明，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11