一种星机双基地SAR系统的空间同步方法技术方案

一种星机双基地ＳＡＲ系统的空间同步方法，属于电子信号处理技术领域，涉及空间遥感和空对地观测信息处理技术，特别涉及星机双基地ＳＡＲ空间同步技术。本发明专利技术一方面通过减小飞机方位向天线尺寸或仅驱动接收平台相控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽接收宽波束，从而提高星机双基地ＳＡＲ系统的场景长度；另一方面，通过减小卫星方位向天线尺寸或仅驱动发射平台相控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽发射波束，从而提高星机双基地ＳＡＲ系统的方位分辨率。收、发波束展宽后场景长度至少可以达到１公里以上的量级，方位分辨率的量级可达到米级左右。本发明专利技术无需对现已雷达系统进行任何硬件上的改动，只需合理控制相控阵天线中的有效阵元数即可。控制方案简单，成本低，可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子信号处理
，涉及空间遥感和空对地观测信息处理技术，特别涉 及星机双基地SAR (Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)空间同步技术。
技术介绍
双基地SAR是一种收、发分置的新体制的合成孔径雷达。由于接收机在工作过程中始终 处于无线电静默状态，提高了SAR系统的隐蔽性和抗干扰能力。利用不同的观测角度，可获 取目标多方面的散射信息，有利于目标的分类、识别和提高反隐身目标能力。通过由发射平 台提供多普勒带宽，可实现接收机的"前视"甚至"后视"成像。另外， 一台发射机可同时 配备多台接收机，从而大大地节约成本和宝贵的频带资源。早期的双基地SAR都采取的是对称体制结构，如卫星发射、卫星接收的星载双基地SAR， 飞机发射、飞机接收的机载双基地SAR等。由于收/发平台的飞行高度基本相当，使得收/发 天线波束足迹的大小基本相同，因而能充分利用发射机的辐射能量。同时，收/发平台的飞行 速度也基本相当，因此收/发波束足迹可以长时间地保持同步。当发射平台的飞行轨迹偏离预 定航线或者飞行姿态出现扰动时，可能会造成收、发波束足迹不能很好地重叠，这时必须做 出必要的调整。目前存在多种可能的调整措施，包括调节发射平台的飞行姿态、调节发射 平台的天线指向角、调节接收平台的飞行姿态、调节接收平台的天线指向角等等。不同的实 际系统，可根据自身特点，采取适宜的调整方案。近年来，随着对称体制结构的双基地SAR系统逐渐地发展成熟，人们又将注意力转移到 非对称体制结构的双基地SAR系统。这其中，由低轨道雷达卫星发射、由飞机接收的一种配 置形式——星机双基地SAR系统最为引人注目。该系统具备独特的"远发近收"特点，既保 持了星载SAR站得高、看得远、安全性好的优势，又提高了信噪比，同时还兼具机载SAR 机动性强、分辨率高的优点。然而，由于卫星平台的飞行速度远快于飞机，如何保证接收波 束足迹能在相对较长的时间内处于发射波束足迹之内，从而获得相对较长的场景长度，是关 系到这一系统能否具有实用价值的关键技术。至于当发射平台出现不希望的运动误差时，同 样需要做出必要的调整，其调节过程与对称体制结构的SAR系统类似。国外就星机双基地SAR系统的空间同步已提出一种初步的解决方案。其工作原理如附图 l和图2所示。首先，星载SAR工作在如图l所示的"正向滑动聚束式"扫描状态。在卫星的飞行过程中，星载SAR天线指向不再保持不变，而是始终指向比场景中心C更远的W点， 其目的是降低波束的移动速度。然而，由于星载SAR天线操控角通常只能在较小的范围内(土1。) 变化，所以星载SAR天线保持"正向滑动聚束式"扫描的时间只能持续数秒。在这段时间内， 如果机载SAR天线采用"条带式"扫描，则系统的成像范围只有几百米。因此，为增加成像 场景的长度，必须对机载SAR天线的指向也实施必要的控制。为此，将机载SAR天线扫描 状态调整在如图2所示的"反向滑动聚束式"。在飞机的飞行过程中，机载SAR天线指向不 再保持不变，而是始终指向U点，目的是加快波束的移动速度。然而，上述方案存在着一些缺点，主要包括(1)为使方位分辨率不至过低，接收波束 速度的提高倍数有限，造成场景长度较短。(2)在回波信号的采集过程中，收发平台的波束 指向必须连续不停地变化，加剧了系统的空变特性，对应的成像算法设计比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种星机双基地SAR系统的空间同步方法，该方法能在保持方位分 辨率量级不变的前提下获得更长的场景长度。现有方法的思路是利用飞机波束的扫描构成方位向的场景。在这种思路下，为使方位分 辨率不至过低，接收波束速度的提高倍数受到很大局限，造成场景长度较短。实际上，由于 卫星速度远快于飞机，成像时间非常短，因此在成像过程中可以将飞机近似看作"固定不动"， 这样只需将接收波束展宽就能实现提高场景长度的目的。展宽接收波束会造成回波信号信噪 比的下降，然而星机双基地SAR具有"远发近收"的特点，相比于星载SAR而言信噪比很 高，完全可以"牺牲"掉一部分信噪比，从而实现接收波束展宽的目的。另一方面，将飞机 波束近似看作"固定不动"之后，目标的合成孔径时间将取决于卫星波束的宽度。因此，还 可以对卫星波束也进行一定的展宽，从而提高系统的方位分辨率。本专利技术技术方案如下一种星机双基地SAR系统的空间同步方法，其特征是 一方面通过减小飞机方位向天线 尺寸或仅驱动接收平台相控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽接收宽波束，从而提高星机 双基地SAR系统的场景长度；另一方面，通过减小卫星方位向天线尺寸或仅驱动发射平台相 控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽发射波束，从而提高星机双基地SAR系统的方位分辨率。上述方案中，展宽接收和发射平台方向位波束时，会造成系统等效噪声系数的下降，在确定信噪比允许降低的倍数时，应按系统等效噪声系数不能低于星载SAR等效噪声系数的原 则予以确定。对于合作式星机双基地SAR系统，卫星波束展宽倍数的确定步骤及原则是(1) 根据系统要求的方位分辨率，按公式A^:p^(l + ^.^)确定卫星方位向天线所需尺寸。其中，y^为系统要求的方位分辨率，《为卫星与目标间的距离，尺为飞机与目标 间的距离，巧为卫星速度，R为飞机速度。(2) 根据算出的天线尺寸计算波束所需展宽的最小倍数。(3) 根据卫星相控阵天线的实际配置情况，确定所需要驱动的方位向子阵数。(4) 为避免出现方位模糊的现象，卫星波束的展宽倍数最多不能超过2倍。 对于合作式星机双基地SAR系统，飞机波束展宽倍数的确定步骤及原则是,，、松/、+Pivm f/l3(7,(^ 7VESZ ,1 c 、^!v S7W 、丄咎/丄CD按公式纖(4兀)3^瓶.(^.2麵,)si线)歸歸^计割一曰噪比允许降低的倍数。其中，《为卫星所发射信号的峰值功率，/l为信号波长，G,和《分别 为卫星天线和飞机天线的增益，A^SZ为星载SAR的等效噪声系数，i ,为卫星与目标间的距离，A为飞机与目标间的距离，A为玻尔兹曼常数，r是机载接收机噪声温度，F是机载接收机噪声系数，Z是系统损耗，巧为卫星速度，R为飞机速度，c为光速，B为发射信号的 带宽，/ 为目标的双基地角，％为双基地角角平分线对应的入射角，5TVi 为实际的信噪比， 57W mm为所需的最小信噪比，乂^为信噪比允许降低的倍数。(2) 根据算出的iV^，除以卫星波束实际展宽倍数的平方，得到飞机波束所允许展宽的 最大倍数。(3) 根据飞机相控阵天线的实际配置情况，确定所需要驱动的方位向阵元数。(4) 飞机波束的实际展宽倍数不得超过飞机方位向阵元数。 对于非合作式星机双基地SAR系统，飞机波束展宽倍数的确定步骤及原则是(1 )按公式SVi = ,' "' ; ，--("f7~77---)和W Mr =-计算细噪比允许降低的倍数。其中，f为卫星所发射信号的峰值功率，义为信号波长，G,和G,分别 为卫星天线和飞机天线的增益，A^SZ为星载SAR的等效噪声系数，《为卫星与目标间的距 离，A为飞机与目标间的距离，fc为玻尔兹曼常数，r是机载接收机噪声温度，F是机载接 收机噪声系数，丄是系统损耗，巧为卫星速度，R为飞机速度，c为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星机双基地ＳＡＲ系统的空间同步方法，其特征是：一方面通过减小飞机方位向天线尺寸或仅驱动接收平台相控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽接收宽波束，从而提高星机双基地ＳＡＲ系统的场景长度；另一方面，通过减小卫星方位向天线尺寸或仅驱动发射平台相控阵天线的部分阵元数，在方位向展宽发射波束，从而提高星机双基地ＳＡＲ系统的方位分辨率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宗杰，李晋，闵锐，皮亦鸣，王金峰，杨晓波，周鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]