一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法技术

本发明专利技术涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法，包括：获取地球模型参数、星载下视探冰合成孔径雷达的系统参数及回波仿真参数；回波仿真参数包括方位时刻序列，以及转动地心坐标系下的天线位置序列和冰内目标位置；在南极、北极或其他被冰覆盖的待探测区域，以地球表面之上为空气介质、地球表面之下为冰介质，对于每一个方位时刻，求解相应传输路径在冰介质中对应的地心角，进而分别确定传输路径在空气介质和冰介质中的长度；传输路径连接对应的天线位置与冰内目标位置，且位于发射天线波束范围之内。本发明专利技术能够更为准确地确定传输路径，为雷达成像、回波仿真等提供技术支持。回波仿真等提供技术支持。回波仿真等提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法


[0001]本专利技术涉及雷达探测
，尤其涉及一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]上世纪以来，由于全球变暖等因素，南北极冰盖加剧融化，直接导致了全球海平面上升，给人类生存带来巨大威胁。为全面了解极地地区和全球气候变化之间的关系，世界各国开始对极地进行科学考察。
[0003]20世纪60年代，冰雷达系统被用于南极冰盖的探测中。经过近60年的发展，现在的冰雷达在冰盖探测研究中具有举足轻重的地位。目前，冰雷达主要有机载和车载两种。星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种搭载在卫星平台、工作在微波波段的主动遥感系统。星载SAR不受日照、天气、地理等因素限制，可实现全天时、全天候的对地观测。利用星载下视探冰合成孔径雷达有望对极地冰川等场景进行更为深入的观测及研究。
[0004]区别于探测常规的地面目标，探测冰内目标时，雷达发出的电磁波需穿入冰层内部，由于冰介质与空气介质的介电常数不同，电磁波在冰面处发生偏折，利用常规的卫星空间位置和目标空间位置相减的方式确定冰雷达传输路径，将影响测量结果的准确性。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术要解决的技术问题是解决现有技术中冰雷达传输路径求解不准确导致雷达探测结果准确性较差的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法，包括：
[0009]获取地球模型参数、星载下视探冰合成孔径雷达的系统参数及回波仿真参数；所述回波仿真参数包括方位时刻序列，以及转动地心坐标系下的天线位置序列和冰内目标位置；
[0010]在待探测区域，以地球表面之上为空气介质、地球表面之下为冰介质，对于每一个方位时刻，求解相应传输路径在冰介质中对应的地心角，进而分别确定传输路径在空气介质和冰介质中的长度；所述传输路径连接对应的天线位置与冰内目标位置，且位于发射天线波束范围之内。
[0011]可选地，对于一个方位时刻，求解相应传输路径在冰介质中对应的地心角α2，包括：
[0012]计算天线S到地心O、冰内目标P2到地心O和天线S到冰内目标P2的距离，并算出天线S和冰内目标P2对应的地心角α；
[0013]基于地球模型参数和相应的天线位置，计算天线S的星下点的本地半径R
L
；
[0014]设传输路径经过冰面入射点P1，且冰面入射点P1至地心O的距离与天线S的星下点的本地半径R
L
相等，分别计算在冰面入射点P1处冰面入射角θ
i1
的正弦sinθ
i1
和冰内目标P2的入射角θ
i2
的正弦sinθ
i2
的表达式；
[0015]根据折射定理，基于正弦sinθ
i1
和正弦sinθ
i2
的表达式，得到冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式；
[0016]基于天线S到地心O的距离、冰内目标P2到地心O的距离、冰面入射点P1到地心O的距离和地心角α，根据冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式，解算传输路径在冰介质中对应的地心角α2。
[0017]可选地，所述计算天线S到地心O的距离，表达式为：
[0018][0019]其中，R
s
(t
i
)＝[R
sxi
,R
syi
,R
szi
]表示第i(i＝1,2,
…
,N
a
)个方位时刻t
i
的对应天线S的位置坐标，N
a
表示方位向采样点数；
[0020]所述计算冰内目标P2到地心O的距离，表达式为：
[0021][0022]其中，[P
2x
,P
2y
,P
2z
]表示冰内目标P2的位置坐标；
[0023]所述计算天线S到冰内目标P2的距离，表达式为：
[0024][0025]所述算出天线S和冰内目标P2对应的地心角α，表达式为：
[0026][0027]可选地，所述计算天线S的星下点的本地半径R
L
，包括：
[0028]计算天线S星下点的纬度Φ
s
，表达式为：
[0029][0030]计算天线S星下点的经度Ψ
s
，表达式为：
[0031][0032]得到星下点的本地半径R
L
：
[0033][0034]其中，R
e
为地球赤道半径，R
p
为地球椭球极半径。
[0035]可选地，计算在冰面入射点P1处冰面入射角θ
i1
的正弦sinθ
i1
的表达式，包括：
[0036][0037]α1表示传输路径在空气介质中对应的地心角，α＝α1+α2；
[0038]计算冰内目标P2的入射角θ
i2
的正弦sinθ
i2
的表达式，包括：
[0039][0040]所述得到冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式，包括：
[0041]冰内折射角θ
t1
和冰内目标P2的入射角θ
i2
之间的关系为θ
t1
＝θ
i2
‑
α2，得到冰内折射角θ
t1
的正弦sinθ
t1
表达式为：
[0042][0043]根据折射定理，冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式为：
[0044][0045]可选地，所述解算传输路径在冰介质中对应的地心角α2，包括：
[0046]设地心角α2足够小，θ
t1
＝θ
i2
‑
α2≈θ
i2
，则得到冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式为：
[0047][0048]对上述表达式两侧取平方，设x＝sinα2，则有：
[0049][0050]设x足够小，有当冰层厚度d2＝R
L
‑
R
tg
不等于零，冰内目标P2到地心O的距离小于星下点的本地半径R
L
，则有：
[0051][0052]求解sinα2，进而得到传输路径在冰介质中对应的地心角α2。
[0053]可选地，分别确定传输路径在空气介质中的长度R
Tair
和在冰介质中的长度R
Tice
，包括：
[0054][0055][0056]可选地，若星载下视探冰合成孔径雷达为双站雷达，包括发射天线和接收天线，则对于每一个方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载下视探冰合成孔径雷达传输路径计算方法，其特征在于，包括：获取地球模型参数、星载下视探冰合成孔径雷达的系统参数及回波仿真参数；所述回波仿真参数包括方位时刻序列，以及转动地心坐标系下的天线位置序列和冰内目标位置；在待探测区域，以地球表面之上为空气介质、地球表面之下为冰介质，对于每一个方位时刻，求解相应传输路径在冰介质中对应的地心角，进而分别确定传输路径在空气介质和冰介质中的长度；所述传输路径连接对应的天线位置与冰内目标位置，且位于发射天线波束范围之内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于一个方位时刻，求解相应传输路径在冰介质中对应的地心角α2，包括：计算天线S到地心O、冰内目标P2到地心O和天线S到冰内目标P2的距离，并算出天线S和冰内目标P2对应的地心角α；基于地球模型参数和相应的天线位置，计算天线S的星下点的本地半径R
L
；设传输路径经过冰面入射点P1，且冰面入射点P1至地心O的距离与天线S的星下点的本地半径R
L
相等，分别计算在冰面入射点P1处冰面入射角θ
i1
的正弦sinθ
i1
和冰内目标P2的入射角θ
i2
的正弦sinθ
i2
的表达式；根据折射定理，基于正弦sinθ
i1
和正弦sinθ
i2
的表达式，得到冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式；基于天线S到地心O的距离、冰内目标P2到地心O的距离、冰面入射点P1到地心O的距离和地心角α，根据冰介质与空气介质的介电常数之比n1的表达式，解算传输路径在冰介质中对应的地心角α2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算天线S到地心O的距离，表达式为：其中，R
s
(t
i
)＝[R
sxi
,R
syi
,R
szi
]表示第i(i＝1,2,
…
,N
a
)个方位时刻t
i
的对应天线S的位置坐标，N
a
表示方位向采样点数；所述计算冰内目标P2到地心O的距离，表达式为：其中，[P
2x
,P
2y
,P
2z
]表示冰内目标P2的位置坐标；所述计算天线S到冰内目标P2的距离，表达式为：所述算出天线S和冰内目标P2对应的地心角α，表达式为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算天线S的星下点的本地半径R
L
，包括：计算天线S星下点的纬度Φ
s
，表达式为：
计算天线S星下点...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，肖鹏，刘露，王成，眭晓虹，陈亮，袁春柱，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：