合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方法技术

本发明专利技术一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方法，涉及合成孔径雷达技术，在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后向前步进扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描速度来改变分辨率；子带扫描结束后，在距离向，通过切换波束指向使得天线照射不同的子带，以实现宽测绘带。本发明专利技术方法明显改善了常规扫描(ScanSAR)模式的扇贝效应，整个场景内的方位分辨率、模糊比和噪声等效系数都比较均匀。在天线的扫描能力较强时，该模式可以获得优于ScanSAR模式的分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及合成孔径雷达
，是一种合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)高分辨率宽测绘带对地观测步进扫描(Terrain Observation by Progressive Scans：TOPS)模式的实现方法，简称为TOPSAR模式。主要目的是保留扫描(ScanSAR)模式优点的同时，克服ScanSAR模式的缺点。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时成像特点，在国民经济和国防领域有着广泛的应用。作为一种成像雷达，提高测绘带宽是SAR的追求目标。ScanSAR模式在牺牲分辨率的前提下能够提高测绘带幅宽，实现大范围的观测。ScanSAR利用周期性地转换距离向天线波束，使其指向几个子带，获得宽的测绘带覆盖；同时宽的距离向覆盖，将使低轨卫星缩短重访时间。ScanSAR的这些优点使其具有了广泛的应用，但在很多情况下，ScanSAR的缺点阻碍了它的应用。ScanSAR主要有两方面缺点，第一是幅度图像存在扇贝效应，使得ScanSAR定标十分困难；第二是分辨率、模糊比和等效噪声散射系数不均匀，随方位变化。虽然通过增加多视数，上述问题较容易解决，但是几何分辨率将减少同样的倍数。TOPSAR模式是一种新的高分辨率宽测绘带成像模式，与ScanSAR相同，具有测绘带宽、重访率低的特点，但同时弥补了ScanSAR模式的固有缺点。它消除了扇贝效应，在整个子测绘带上得到均匀的噪声等效系数和分辨率；它具有更强的模糊抑制能力，在整个子测绘带上得到均匀的模糊度；由于子带较长，它的边沿效应损失更小。这些特点使得TOPSAR在不降低分辨率甚至提高分辨率的情况下，获得更佳的图像质量。这些特点使得TOPSAR具有了更广泛的应用，在高分辨率宽测绘带应用中成为优选方案。目前国际上已经实现了星载TOPSAR模式，如德国的TerraSAR-X得到了同一地区的TOPSAR图像和ScanSAR图像，充分体现了TOPSAR的优势；未来的Sentinel-1也将TOPSAR模式作为主要工作模式。目前在我国，没有具备TOPSAR功能的SAR卫星。在2009年，电子所对该模式进行了首次机载校飞，获得了大量的数据，实现了TOPSAR功能，得到了良好的图像。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，以克服ScanSAR模式应用的不足，该设计方法已经在机载SAR中得到应用。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，其在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后向前扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描速度来改变分辨率；子带扫描结束后，在距离向，通过切换波束指向使得天线照射不同的子带，以实现宽测绘带。所述的合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，其具体步骤如下：a)输入指标：测绘带总幅宽和系统分辨率；b)根据输入指标要求和实际天线尺寸，确定波束不扫描时每个子带的能够达到的方位分辨率和幅宽；c)根据子带方位分辨率、幅宽和测绘带总幅宽，确定子带数目，然后根据天线扫描能力，优化系统分辨率；d)通过初步计算确定波束的扫描时间、扫描角度；e)根据天线的扫描能力和步进特性，进一步精确计算上述参数，以满足天线实际扫描能力需求；f)进行参数核算，如果不满足指标要求，根据步骤a)～e)重新计算各参数，直到满足指标要求；然后根据计算得到的方位向扫描角范围，在SAR平台上以一定的步长间隔逐步调节方位向波束中心指向，使其从负的方位向扫描角开始，扫描到正的方位向扫描角结束；g)一个子带扫描结束后，调节天线距离向波束指向到下一个子带，根据设计参数，仍然以一定的步长间隔逐步调节方位向波束中心指向，使其从负的方位向扫描角开始，扫描到正的方位向扫描角结束；h)子带逐个扫描结束后，重新回到第一个子带，循环执行。所述的合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，其所述e)步中，天线的扫描特性，需要根据天线的步进特性和扫描能力，进一步精确计算各个参数，包括步骤如下：①根据天线步进角度，把天线扫描角度的初步计算值向上归到天线能够达到的扫描角度，作为天线实际扫描角度；②计算天线实际扫描角度和初步计算的天线扫描角度之差；③根据天线实际扫描角度，计算实际扫描时每次步进驻留脉冲数；④计算每个子带实际驻留时间；⑤计算实际扫描周期；⑥计算每个子带天线有效扫描轨迹；⑦计算平台在一个扫描周期内运动轨迹；⑧计算每个子带实际驻留时间和每个子带初步计算的驻留时间之差，并将时间差累加。所述的合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，其所述f)步中，进行参数核算，如果每个子带都能满足天线有效扫描轨迹大于或者等于平台在一个扫描周期运动轨迹，在参数精确计算中得到的参数就是最终实际飞行参数，能够满足分辨率要求，可以用于实现TOPSAR模式；如果不能满足，会导致沿着方位向轨迹出现分辨率降低的区域，具体解决方法如下：①重新计算时间余量；②把时间余量带入计算公式中，经过初步计算得到新的参数，然后重复步骤e)和f)。本专利技术的有益效果是，明显改善了ScanSAR模式的扇贝效应，整个场景内的方位分辨率、模糊比和噪声等效系数都比较均匀。在天线的扫描能力较强时，可以获得优于ScanSAR模式的分辨率。附图说明图1是本专利技术合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法流程图。图2是本专利技术的TOPSAR模式分辨率计算流程图；图3是本专利技术的TOPSAR模式参数初步计算流程图；图4是本专利技术的TOPSAR模式参数精确计算流程图；图5是本专利技术的TOPSAR模式参数核算流程图。具体实施方式本专利技术的一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模式的实现方法，在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后向前扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描速度来改变分辨率；子带扫描结束后，在距离向，通过切换波束指向使得天线照射不同的子带，以实现宽测绘带。具体操作见附图1，包括：根据基本输入参数(包括：地球半径、平台高度、平台速度、时间余量、子带波束中心地心角)和要求的测绘带总幅宽、系统分辨率以及实际天线尺寸，确定天线不扫描时每个子带的方位分辨率和幅宽，进而确定子带数目本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方法，其特征在于，在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后向前扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描速度来改变分辨率；子带扫描结束后，在距离向，通过切换波束指向使得天线照射不同的子带，以实现宽测绘带。

【技术特征摘要】
1.一种合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方
法，其特征在于，在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后
向前扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描速度来改变分辨率；
子带扫描结束后，在距离向，通过切换波束指向使得天线照射不同的
子带，以实现宽测绘带。
2.如权利要求1所述的合成孔径雷达宽测绘带对地观测TOPS模
式的实现方法，其特征在于，具体步骤如下：
a)输入指标：测绘带总幅宽和系统分辨率；
b)根据输入指标要求和实际天线尺寸，确定波束不扫描时每个子
带的能够达到的方位分辨率和幅宽；
c)根据子带方位分辨率、幅宽和测绘带总幅宽，确定子带数目，
然后根据天线扫描能力，优化系统分辨率；
d)通过初步计算确定波束的扫描时间、扫描角度；
e)根据天线的扫描能力和步进特性，进一步精确计算上述参数，
以满足天线实际扫描能力需求；
f)进行参数核算，如果不满足指标要求，根据步骤a)～e)重新
计算各参数，直到满足指标要求；然后根据计算得到的方位向扫描角
范围，在SAR平台上以一定的步长间隔逐步调节方位向波束中心指
向，使其从负的方位向扫描角开始，到正的方位向扫描角结束；
g)一个子带扫描结束后，调节天线距离向波束指向到下一个子
带，根据设计参数，以一定的步长间隔逐步调节方位向波束中心指向，
使其从负的方位向扫描角开始，到正的方位向扫描角结束；
h)子带逐个扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明洁，张志敏，何晓燕，魏云龙，潘涛，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11