一种基于稀疏TOPS-SAR成像模式实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于稀疏TOPS

【技术实现步骤摘要】
一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法


[0001]本专利技术属于雷达系统模式设计领域，具体涉及一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)是一种主动式高分辨率成像雷达，具有全天时、全天候、穿透能力强的特点，在灾情预测、地质探测以及情报侦察等方面都有着广泛的应用前景。
[0003]TOPS(Terrain Observation by Progressive Scans)模式是一种SAR宽测绘带工作模式。当SAR工作在TOPS模式时，通过波束在方位向的快速扫描，可在短时间内实现对方位向的大范围观测；通过在距离向子测绘带之间的波束切换可以提高SAR在距离向的观测范围。相比起ScanSAR模式中把合成孔径时间分给每个子测绘带，TOPS SAR通过在航迹向上控制天线的波束进行扫描，使每个目标都可以快速的经历几乎相同的天线方向图加权，从而实现对扇贝效应的有效抑制。
[0004]稀疏SAR成像是雷达成像领域的新理论、新体制和新方法。与传统SAR相比，稀疏SAR成像系统在降低系统数据量和复杂度方面具有更大潜力，可以在许多方面提高系统性能，如对方位和距离采样率的要求更低、分辨能力更高、模糊度更低等。
[0005]将稀疏SAR成像系统与TOPS工作模式结合，可以在不改变雷达硬件设备的基础上，进一步优化雷达系统性能，获取更大的测绘带宽。

技术实现思路

>[0006]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法，在不改变现有雷达硬件设备的基础上，直接降低SAR方位向采样频率，经过恰当的波位设计获取更大的测绘带宽，提升TOPS模式宽测绘带的优势。
[0007]技术方案：本专利技术提供了一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法，包括以下步骤：
[0008](1)构建TOPS
‑
SAR系统波位选择示意图，得到合成孔径雷达的入射角和脉冲重复频率；
[0009](2)设计稀疏TOPS
‑
SAR成像模式波位，并计算相关参数；
[0010](3)构建稀疏TOPS
‑
SAR成像模式阵列天线方向图模型；
[0011](4)构建稀疏TOPS
‑
SAR成像模式扫描时序模型。
[0012]进一步地，步骤(1)所述合成孔径雷达的脉冲重复频率满足：
[0013][0014][0015][0016]其中，R0和R
N
为测绘带斜距的最小值和最大值，c为光速，Int(
·
)表示取其整数部分，Frac(
·
)表示取其分数部分，τ
p
为脉冲宽度，τ
RP
是为了保证数据的有效记录在脉冲周期间隔留出的时间间隔；
[0017]为保证星下点回波不落在接收窗内，合成孔径雷达的脉冲重复频率同时满足：
[0018][0019][0020]其中，H为卫星高度，j为脉冲号，j＝0表示想要的脉冲，j为正整数时表示想要脉冲之前的干扰脉冲，j为负整数时表示想要脉冲之后的干扰脉冲。
[0021]进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：
[0022]以降采样比设为75％进行设计，天线高度不变，脉冲宽度增加，峰值发射功率不变；通过步骤(1)获得的入射角和脉冲重复频率，根据卫星高度和卫星速度这些卫星参数，计算中心入射角、中心斜距、等效速度和测绘带宽度。
[0023]进一步地，所述步骤(3)通过以下公式实现：
[0024][0025][0026][0027][0028]其中，λ为波长，N为天线方位向子阵个数，L
ae
为单阵元天线方位向尺寸，θ为目标的观测角，θ
p
为波束的扫描角，Δt为脉冲从发射到被接收的时间延迟。
[0029]进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：
[0030]简化步骤(3)获取的天线方向图模型为：
[0031][0032]其中，t
a
代表方位慢时间，L
a
为天线方位向尺寸，V
s
为SAR平台运动速度，为转向角速率，R0为SAR平台飞行轨迹到距离向测绘带中心处的最短斜距；
[0033]稀疏TOPS SAR成像模式的方位向分辨率可以表示为：
[0034][0035]其中，ρ为方位向分辨率，θ0为方位向波束宽度；
[0036]为保证系统做到连续测绘，需满足：
[0037][0038][0039]其中，T
B
为每个子测绘带的扫描时间，T
R
为工作周期，T
G
表示为实现连续测绘而留出的Burst之间的重叠时间，也称为波数转换时间，各参数的上标n代表第n个子测绘带。
[0040]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、稀疏TOPS
‑
SAR成像模式可以在不改变雷达硬件设备的基础上，降低雷达系统设计中对脉冲重复频率的约束，从而获取更大的测绘带宽；2、随着波束扫描角的增大，相比与常规TOPS
‑
SAR工作模式，稀疏TOPS
‑
SAR成像模式分布式目标模糊比变化更小，图像质量更稳定。
附图说明
[0041]图1为本专利技术方法的流程图；
[0042]图2为稀疏TOPS SAR成像模式波位选择示意图；
[0043]图3为稀疏TOPS SAR成像模式阵列天线方向图；其中，(a)为转向角为0
°
时的阵列天线方向图；(b)为转向角为0.4
°
时的阵列天线方向图；
[0044]图4为稀疏TOPS SAR成像模式扫描时序模型示意图；其中(a)为方位向分辨率与转向角速率的关系，(b)为方位向分辨率与最大转向角的关系；
[0045]图5为信噪比随波束宽度变化示意图；其中，(a)为稀疏TOPS模式的变化图；(b)为常规TOPS模式的变化图；
[0046]图6为方位模糊信号比示意图；
[0047]图7为分布式目标模糊比变化示意图；其中，(a)为稀疏TOPS模式下分布式目标模糊比随转向角变化示意图；(b)为常规TOPS模式下分布式目标模糊比随转向角变化示意图；(c)为稀疏TOPS模式下分布式目标模糊比随波束宽度变化示意图；(d)为常规TOPS模式下分布式目标模糊比随波束宽度变化示意图。
具体实施方式
[0048]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0049]本专利技术提供一种基于稀疏TOPS
‑
SAR模式实现方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0050]步骤1：构建TOPS
‑
SAR系统波位选择示意图，得到SAR的入射角和脉冲重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建TOPS
‑
SAR系统波位选择示意图，得到合成孔径雷达的入射角和脉冲重复频率；(2)设计稀疏TOPS
‑
SAR成像模式波位，并计算相关参数；(3)构建稀疏TOPS
‑
SAR成像模式阵列天线方向图模型；(4)构建稀疏TOPS
‑
SAR成像模式扫描时序模型。2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法，其特征在于，步骤(1)所述合成孔径雷达的脉冲重复频率满足：(1)所述合成孔径雷达的脉冲重复频率满足：(1)所述合成孔径雷达的脉冲重复频率满足：其中，R0和R
N
为测绘带斜距的最小值和最大值，c为光速，Int(
·
)表示取其整数部分，Frac(
·
)表示取其分数部分，τ
p
为脉冲宽度，τ
RP
是为了保证数据的有效记录在脉冲周期间隔留出的时间间隔；为保证星下点回波不落在接收窗内，合成孔径雷达的脉冲重复频率同时满足：为保证星下点回波不落在接收窗内，合成孔径雷达的脉冲重复频率同时满足：其中，H为卫星高度，j为脉冲号，j＝0表示想要的脉冲，j为正整数时表示想要脉冲之前的干扰脉冲，j为负整数时表示想要脉冲之后的干扰脉冲。3.根据权利要求1所述的一种基于稀疏TOPS
‑
SAR成像模式实现方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：以降采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕辉，李国旭，张晶晶，宋宇凡，朱岱寅，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：