一种多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计、模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计、模拟方法，属于微波遥感器测量技术领域，包括：获取波谱仪模式技术指标及已知系统参数；确定入射角、波束宽度和天线旋转速度；计算脉冲重复频率；计算确定信号发射带宽B；计算对距离向进行平均的单元个数N

【技术实现步骤摘要】
一种多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计、模拟方法


[0001]本专利技术公开了一种多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计、模拟方法，属于微波遥感器测量


技术介绍

[0002]随着小卫星平台技术的不断发展，小卫星系统的参数设计越来越受到人们的重视，多模式微波遥感器系统仿真平台的研究也迅速发展。多模式微波遥感器系统性能软件仿真平台是通过仿真实验对多模微波遥感器系统的工作模式进行模拟，为多模微波遥感器系统的开发提供参考。根据遥感器工作在不同模式时高程测量精度、风速测量精度、风向测量精度、波长测量精度、波向测量精度、波长测量范围、有效波高测量精度等技术指标的量级，研究波谱仪工作模式下的系统参数设计方法，提出基于技术指标与系统公共参数约束下的多模式微波遥感器参数设计方法，使可配置硬件系统能适应波谱仪工作模式的需要。现有技术中，已有有关小卫星SAR机载挂飞试验的雷达参数设计方法，本专利技术在此基础上，增加了信号发射带宽B、独立脉冲个数、最大扫描半径、离向波束足迹宽度等参数的具体计算方法，完善了波谱仪模式的参数设计方法；增加参数设计的模拟过程，结合软件的操作过程，将参数设计方法与系统融合，使参数设计过程与软件结合，执行自动程度更强的参数设计流程。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计、模拟方法，以解决现有技术中波谱仪的系统工作参数不能应用于多模式微波遥感器的问题。
[0004]多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，包括：
[0005]S1.获取波谱仪模式技术指标及已知系统参数；
[0006]S2.确定入射角、波束宽度和天线旋转速度；
[0007]S3.计算脉冲重复频率；
[0008]S4.计算确定信号发射带宽B；
[0009]S5.计算对距离向进行平均的单元个数N
g,avg
；
[0010]S6.确定独立脉冲个数；
[0011]S7.由方位向波束宽度和距离向波束宽度确定方位向天线尺寸和距离向天线尺寸；
[0012]S8.确定波谱仪的最大扫描半径；
[0013]S9.确定方位向和距离向波束足迹宽度；
[0014]S10.利用雷达方程计算峰值发射功率P
t
；
[0015]S11.验证后向散射系数测量精度；
[0016]S12.验证波长测量精度和波向测量精度；
[0017]S13.完成多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计。
[0018]优选地，步骤S1中，由用户指定的技术指标包括：波长测量范围[λ
min
,λ
max
]、波长测量精度Δλ、波向测量精度Δφ、有效波高测量精度ΔR；需由用户综合各种因素给出的已知系统参数包括：平台高度H、卫星速度v、载波频率f0、入射角θ、系统损耗L、噪声系数F、脉冲宽度T
r
、距离向脉冲宽度方位向脉冲宽度天线旋转速度Ω、信噪比SNR。
[0019]优选地，步骤S3中，计算公式为PRF是脉冲重复频率，n是整数，C为光速，R
min
，R
max
分别代表足迹对应的最小斜距和最大斜距；
[0020]步骤S4中，利用ΔR＝C/(2B)计算B；
[0021]步骤S5中，λ为雷达波长；
[0022]步骤S6中，若PRF＞2B
d
，B
d
多普勒带宽＝2V/λ
em
φ
a
|sinφ|，则信号被连续采样，N＝B
d
×
T
int
；若PRF＜＜B
d
，则每个脉冲是独立的，N＝PRF
×
T
int
。
[0023]优选地，步骤S7中，计算距离向天线尺寸l
r
，公式为：
[0024]计算方位向天线尺寸l
a
，公式为：
[0025]步骤S8中，天线波束视角α和入射角θ之间的关系为R
e
为地球平均半径，求得波谱仪的最大扫描半径为W＝2R
e
(θ
‑
α)。
[0026]优选地，步骤S9中，入射角为10
°
时对应的斜距为：可求得方位向和距离向波束足迹宽度：
[0027]步骤S10中，T为接收机等效噪声温度，K为玻尔兹曼常数，G为天线增益，λ为波长，τ为脉冲宽度，σ0为后向散射系数。
[0028]优选地，步骤S11中，采用测量相对标准差K
p
来评估回波测量精度，独立采样数N和数据处理信号的信噪比SNR影响散射系数测量精度，公式为：
[0029]步骤S12中，验证波长测量精度计算式为：N
k
为波数域平均的个数一般取8，波向测量精度计算式为：Δφ
rot
为方位角采样间隔，即波谱仪工作期间在积分时间内转过的角度，其值为：Δφ
rot
＝T
int
×
Ω；Δφ
stat
为天线不旋转时的精度，考虑波束宽度和测量波浪波长两个方面的因素，其值为：
其中，k为波数，即测量海浪波长的倒数。
[0030]多模式微波遥感器波谱仪模式的系统模拟方法，使用所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，包括：
[0031]B1.计算基于准镜面散射的波谱仪后向散射系数；
[0032]B2.计算波谱仪雷达接收功率；
[0033]B3.进行波谱仪海浪谱的反演。
[0034]优选地，步骤B1中，波谱仪接收的后向散射系数为P(ζ
x
,ζ
y
)表示海面的斜率概率密度函数，ζ
x
,ζ
y
分别代表距离向和方位向的斜率，斜率概率密度函数假设是满足高斯分布的；
[0035]035]代表海面迎风向和侧风向的均方差，距离向斜率ζ
x
＝tanθcosφ，方位向斜率ζ
y
＝tanθsinφ，φ为风向与雷达视向的夹角，基于准镜面散射的波谱仪后向散射系数为：
[0036][0037]优选地，步骤B2中，没有噪声影响下，波谱仪的接收功率为R为波谱仪到目标的距离，雷达天线的双程增益为表示方位向增益和俯仰向增益的乘积；
[0038]设波谱仪接收的后向散射截面表示为：设波谱仪接收的后向散射截面表示为：表示在没有长波调制时获得的雷达散射截面，δσ为由于长波调制所导致的后向散射系数变化量，散射面元dS近似为一个距离向尺度dx和方位向尺度dy的乘积，dx＝cτ/2 sinθ，β
φ
是方位向的天线孔径大小，τ是脉冲的持续时间，波谱仪的接收功率可以表示为：
[0039]优选地，步骤B3包括：
[0040]B3.1.对接收到的单脉冲的接收功率进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，其特征在于，包括：S1.获取波谱仪模式技术指标及已知系统参数；S2.确定入射角、波束宽度和天线旋转速度；S3.计算脉冲重复频率；S4.计算确定信号发射带宽B；S5.计算对距离向进行平均的单元个数N
g,avg
；S6.确定独立脉冲个数；S7.由方位向波束宽度和距离向波束宽度确定方位向天线尺寸和距离向天线尺寸；S8.确定波谱仪的最大扫描半径；S9.确定方位向和距离向波束足迹宽度；S10.利用雷达方程计算峰值发射功率P
t
；S11.验证后向散射系数测量精度；S12.验证波长测量精度和波向测量精度；S13.完成多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计。2.根据权利要求1所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，其特征在于，步骤S1中，由用户指定的技术指标包括：波长测量范围[λ
min
,λ
max
]、波长测量精度Δλ、波向测量精度Δφ、有效波高测量精度ΔR；需由用户综合各种因素给出的已知系统参数包括：平台高度H、卫星速度v、载波频率f0、入射角θ、系统损耗L、噪声系数F、脉冲宽度T
r
、距离向脉冲宽度方位向脉冲宽度天线旋转速度Ω、信噪比SNR。3.根据权利要求1所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，其特征在于，步骤S3中，计算公式为PRF是脉冲重复频率，n是整数，C为光速，R
min
，R
max
分别代表足迹对应的最小斜距和最大斜距；步骤S4中，利用ΔR＝C/(2B)计算B；步骤S5中，λ为雷达波长；步骤S6中，若PRF＞2B
d
，B
d
多普勒带宽＝2V/λ
em
φ
a
|sinφ|，则信号被连续采样，N＝B
d
×
T
int
；若PRF＜＜B
d
，则每个脉冲是独立的，N＝PRF
×
T
int
。4.根据权利要求1所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，其特征在于，步骤S7中，计算距离向天线尺寸l
r
，公式为：计算方位向天线尺寸l
a
，公式为：步骤S8中，天线波束视角α和入射角θ之间的关系为R
e
为地球平均半径，求得波谱仪的最大扫描半径为W＝2R
e
(θ
‑
α)。5.根据权利要求1所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的系统参数设计方法，其特征在于，步骤S9中，入射角为10
°
时对应的斜距为：可求得方位向和距离向波
束足迹宽度：步骤S10中，T为接收机等效噪声温度，K为玻尔兹曼常数，G为天线增益，λ为波长，τ为脉冲宽度，σ0为后向散射系数。6.根据权利要求1所述的多模式微波遥感器波谱仪模式的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鹏，赵家兴，薛莲，王洁雨，孙伟峰，戴永寿，万勇，曲晓俊，李立刚，郝宪锋，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：