CN102176013A - 一种弹载非理想凝视聚束式sar混合度提取方法 - Google Patents

Abstract

一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，由给定的初始高度H₀及初始混合度M₀，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离h；由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点；根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度及非理想凝视点出现的时间，结合入射角和斜视角，确定该凝视点对应的轨迹点位置；根据得到的轨迹点高度，计算混合度；根据上述得到的结果，将地面非理想凝视点分别映射到导弹运行轨迹上，并分别计算对应的混合度，进而拟合得出对应的时变混合度表达式M(t)＝f(t)。本发明能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，简化仿真过程，为后期系统性能分析及成像质量分析、校正奠定基础。

Description

一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法

技术领域

本发明涉及一种弹载非理想凝视聚束式合成孔径雷达(SAR)混合度提取方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

合成孔径雷达概念的出现要追溯到1951年，美国Goodyear Aerospace公司的CarlWiley发现，通过对多普勒频移进行处理，能够改善波束垂直向上的分辨率。据此就可以利用雷达得到二维地表图像。这种通过信号分析技术来构建一个等效长天线的思想称为合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)。

合成孔径雷达的出现扩展了原始的雷达概念，使它具有对目标(飞机、导弹、地面等)进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出极大的潜力，对国防技术现代化、国民经济建设具有十分重要的意义。较之各种光学和红外遥感器，合成孔径雷达弥补了它们受阳光辐射、云雾遮挡和天气条件影响的缺点，可以全天候、全天时、远距离地工作，而且可以穿透天然植被、人工伪装甚至地表土壤层，得到目标的高分辨率图像，为人们提供了非常有用的信息。

SAR的应用优势首先体现在军事领域。在战术方面，它可以装备在侦查机、轰炸机、战斗机、导弹上，完成重点战区全天候军事监视，大型坦克群的成像监视，反坦克雷场的探测。在特种应用方面，SAR能够完成强杂波背景下的目标识别，低空目标的探测与跟踪。在战略应用方面，SAR能够完成全天候全球战略侦察，全天候海洋军事动态监视，战略导弹终端要点防御的目标识别与拦截，以及对战略地下军事设施的探测。在实战应用方面，最著名的是在海湾战争中，美国联合监视和目标攻击雷达系统中的高分辨率机载SAR与长曲棍球星载SAR系统互相配合，牢牢监视海湾及中东地区，及时提供战场情报，为战争胜利创造了有利条件。

在弹载SAR研究方面，上世纪八十年代微电子技术及计算机技术的发展使弹载实时成像成为可能。美国国防部计划把SAR列入高灵敏度雷达制导技术，并积极开展了SAR导引头的研制。1987年，美国雷声公司研制出了X波段SAR导引头，切向分辨率为15米，能对海上和地面孤立目标及运动目标群进行搜索和跟踪；以色列航空公司为SWORD导弹研制了SAR导引头，距离和方位向分辨率为15米，能从多目标中选择所要攻击的目标；GOODYEAR宇航公司为美国空军空地导弹研制的“合成孔径自主制导雷达”，能够自动选择地面高价值目标。此外，德国、俄罗斯等国也先后开展了先进SAR导引头的研制工作。

弹载SAR在发达国家已进入实用阶段，并开始广泛应用于战场侦查、精确打击以及毁伤评估等领域。我国对弹载SAR的研究起步较晚，主要着重在算法的机理研究和仿真成像。与国际先进水平相比，我国的弹载SAR技术与其存在一定的差距。但近年来，随着集成技术和雷达成像技术的发展，雷达已实现小型化，而且可利用SAR/ISAR原理对目标实现高分辨率成像，主动雷达导引头因其设备复杂、分辨率低而未能在小型飞行载体上得到应用的问题得以解决，为弹载SAR的发展提供了良好的条件。

合成孔径雷达成像主要有4种，条带式、聚束式、扫描式和逆SAR模式。

(1).条带式(Stripmap)SAR：是最基本的成像模式。一般是指对与雷达飞行方向平行的地面条带成像，条带宽度从数公里到数百公里。随着雷达的运动，可以接收到被成像条带内的散射点沿雷达飞行方向的回波信号，利用方位向脉冲压缩技术获得相邻点方位向的高分辨率。

(2).扫描式(ScanSAR)SAR：ScanSAR通过牺牲一定的分辨率性能，从而克服距离模糊对方位向脉冲重复频率的限制，以获得大的测绘带宽度，其天线控制和成像处理都较复杂一些，多用于星载中。

(3).逆SAR(ISAR)：是指观测台静止，目标运动的成像模式，因为SAR回波数据的特点是由探测器(SAR)和观测目标之间的相对运动关系决定的，因此这种模式下回波信号的特点与聚束模式类似。

(4).聚束式(spotlight)SAR：通过控制SAR方位向天线波束指向，使波束始终“聚焦”照射在同一目标区域。这是一种适应于小区域、高分辨率的工作模式。对军事侦察和目标攻击具有重要应用价值。

聚束模式下，由于SAR沿飞行路径连续照射同一块地区，增大了方位向的相干时间，从而增加合成孔径长度，天线波束宽度不再限制方位分辨率。因为SAR的方位向分辨率随合成孔径长度的增加而提高，所以聚束模式与条带相比，在天线长度不变的情况下可以获得更高的方位分辨率。聚束模式的缺陷是成像区域较小，但可实现多个小场景的成像，可在一定程度上弥补其不足。

本发明所针对的弹载聚束模式中，SAR会随着平台位置的变动调整波束照射角度，使得雷达波束中心始终指向地面上成像区域。但在实际系统中，雷达波束照射中心通常不能以理论上的角度照射成像区域，从而造成地面凝视点的偏离。这种非理想凝视通常是由波束控制方式或者波束控制精度引起。波束控制方式引起的误差是指平台实际运动过程中，雷达波束照射角度不可能实现理想的连续变化，而是离散变化的，这就导致波束中心照射角度变化间隔时间内轨迹上的点仍以同一角度照射地面，而不是以理想角度照射，从而造成地面上凝视点发生偏差。波束控制精度引起的误差是指波束以某一角度照射地面，由于设计及具体操作中不可避免的误差，该角度并非理想照射角度，两者之间会有一定偏差，从而造成地面凝视点的变化。这两种误差产生方式都会在地面形成非理想凝视点。

非理想凝视点的存在使得此时弹载SAR并非工作在理想聚束模式下，而是呈现出混合模式的特点，这就不可避免地出现混合度的估计问题。

在混合模式中，混合度是一个非常重要的概念，后期系统性能分析、成像处理及校正等方面都会出现它的身影。首先，混合度会影响方位向各点的相干积累时间，从而影响方位分辨率，经推导，混合模式下方位分辨率理论值为

(D为天线方位孔径，M为混合度)；其次，混合度会影响方位向测绘带宽度；另外，混合度还会使得回波信号主瓣展宽，旁瓣压低，方位向分辨率相对聚束模式有所下降，进而影响成像质量。

因此需要找到一种适用于弹载非理想凝视聚束式SAR的混合度的获取方法，对地面形成的非理想凝视点进行数学建模处理，得到统一的混合度表达式，为后期系统性能分析及成像处理提供理论基础。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种弹载非理想凝视聚束式SAR的混合度提取方法，能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，简化仿真过程，为后期成像处理及系统分析奠定基础。

本发明的技术解决方案：一种弹载非理想凝视聚束式SAR的混合度提取方法

由于地面上非理想凝视点的存在，弹载SAR此刻已不再是理想聚束模式的情况，而呈现出混合模式(滑动聚束模式)的特点。理想凝视点与非理想凝视点的延长线汇于地面下某点，由此引入混合度的概念。

$M=\frac{h}{h+H_0}---\left(1\right)$

图3给出了俯冲段非理想凝视SAR示意图，导弹俯冲飞行，将轨迹置于YOZ平面。波束中心照射在地面形成两个凝视点，不再是理想聚束模式。将波束中心延长交于地面下一点，呈现混合模式特征。图中，H₀为初始工作高度，h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，M为混合度，T_syn为合成孔径时间，V导弹飞行速度，Δθ为合成孔径时间内波束中心转过角度，X₀为波束在地面宽度，H(t)为某时刻地面下凝视点到轨迹点的垂直距离。

本发明根据系统实际工作过程中地面产生的若干非理想凝视点，创造性地提出一种时变混合度的获取方法，并由此建立起适合于弹载非理想凝视SAR的混合度提取方法。这种方法可以完成以下连续处理过程：由地面非理想凝视点的坐标及出现时刻可分别计算得到地面正侧视点位置、地面垂直投影点位置、轨迹点位置，由此根据公式计算混合度值，最后依据时间、混合度一一对应关系拟合得到时变混合度表达式。

对于图3所示直线俯冲过程，时变混合度可表示为：

$M\left(t\right)=\frac{h}{H\left(t\right)}---\left(2\right)$

H(t)＝h+H₀-V_h*t    (3)

H(t)为某时刻地面下凝视点到轨迹点的垂直距离，V_h为导弹垂直速度，h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，H₀为初始工作高度。

采用该发明所提出的混合度提取方法可以由实际聚束模式系统中出现的地面非理想凝视点推导得出时变混合度表达式，能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，并且简化了仿真过程，为后期成像处理及系统分析奠定基础。

本发明目的在于提出一种弹载非理想凝视聚束式SAR的时变混合度获取方法，由散乱的地面非理想凝视点提取统一的时变混合度表示形式，为后期总体性能分析及成像质量分析奠定基础。导弹在末制导阶段运动轨迹比较复杂，对于任意导弹平台运行轨迹来说，如果已知地面非理想凝视点坐标及其出现时刻，配合给定的波束入射角以及斜视角，根据图2所示空间几何关系即可依次确定出地面正侧视点位置、地面垂直投影点位置、轨迹点位置、混合度值，随后可以拟合出时变混合度表达式。同理，如果已知轨迹点，也可反向推导得到各轨迹点对应的凝视点坐标。

为简化过程，本发明仿真过程中将导弹轨迹设定为直线俯冲状态，并且置于YOZ平面，且各轨迹点入射角恒定不变。

本发明的具体实现步骤如下：

步骤一：由给定的初始高度及初始混合度，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离h，

$h=\frac{M_0}{1-M_0}{H}_0---\left(4\right)$

式中，M₀为初始混合度，H₀为初始高度，h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离；

步骤二：由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点；所述确定理想凝视点的方法为：首先将轨迹点o₁垂直投影到地面即o’₁，垂直距离为H₁；然后由入射角

确定正侧视时对应的点A₁，o’₁A₁平行于X轴，且

再根据斜视角θ确定出理想凝视点B₁位置，A₁B₁平行于Y轴，并且此时将轨迹点o₁设定为轨迹起始点，并将轨迹点o₁置于坐标系Z轴正方向，即H₀＝H₁，o’₁即为坐标原点，则凝视点B₁坐标为

步骤三：根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度V_a及非理想凝视点出现的时间t，结合入射角和斜视角，确定该凝视点对应的轨迹点位置，具体如下：

已知非理想凝视点B₂(X₂，Y₂，0)，且该非理想凝视点出现时间为t，则方位向距离为V_a*t，以此确定o’₂点位置(0，V_a*t，0)；作过B₁、B₂的直线，过o’₂点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A₂，A₂点Y轴坐标与o’₂Y轴坐标相同，已知B₁(X₁，Y₁，0)、B₂(X₂，Y₂，0)坐标可确定直线B₁B₂表达式

令y＝V_a*t，得

A₂点坐标为即可确定轨迹点o₂的位置，

由此可以得出非理想凝视点产生的原因：在轨迹点o₂处，雷达波束本应以理想角度θ_ideal照射到理想凝视点B₁，由于波束照射角度误差，雷达波束以实际角度θ_real照射到B₂，产生非理想凝视的情况。采用已经建立的空间几何关系模型，将其映射到导弹轨迹。

步骤四：根据步骤三得到的轨迹点，计算混合度

$M_2=\frac{h}{h+o_2{o}_2^{,}}---\left(5\right)$

混合度是混合模式SAR中一个非常重要的概念，定义为地面测绘区域到波束中心交点垂直距离与导弹平台到波束交点垂直距离的比值。h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，o₂o’₂为某时刻轨迹点o₂到地面垂直距离。

步骤五：根据步骤三和步骤四得到的结果，根据地面非理想凝视点坐标及出现时刻B₂(X₂，Y₂，0，t₂)，B₃(X₃，Y₃，0，t₃)，B₄(X₄，Y₄，0，t₄)...分别计算得出这三个非理想凝视点对应轨迹点的垂直高度o₂o’₂，o₃o’₃，o₄o’₄，并根据公式(2)计算混合度M₂，M₃，M₄，由时间与混合度的一一对应关系，可以近似拟合得出对应的时变混合度表达式M(t)＝f(t)；

f(t)为任意可能的以t为变量的表达式。确定该表达式的一种方法是：建立以t为X轴，M为Y轴的坐标系，将(t₂，M₂)，(t₃，M₃)，(t₄，M₄)...作为点的坐标表示在坐标系中，通过观察、连线的方法确定时变混合度表达式。

由地面出现的非理想凝视点从而得到时变混合度表达式对于研究非理想凝视聚束SAR总体性能以及其对成像质量的影响都具有重大意义。

总体性能分析方面，混合度的出现会影响方位向测绘带宽、方位向分辨率、等效噪声系数等诸多性能参数。得到混合度的表示形式，就可以分析出非理想凝视情况下系统性能的变化。经推导，混合模式下方位分辨率理论值为

方位测绘带宽为X_f＝|MX_s-X_a|，等效噪声系数为

D为天线方位孔径，M为混合度，X_s为雷达在合成孔径时间内水平方向飞行距离，X_a为雷达波束在地面投影的方位向宽度，λ波长，K波尔兹曼常数，T_k噪声温度，R中心时刻参考斜距，V速度，η系统损耗，B带宽，β雷达波束视角，

等效斜视角，M混合度，C光速，

雷达发射功率，A有效天线面积，V_a雷达方位向速度。

成像质量方面，混合度的出现使回波幅度在方位向上产生被天线方向图加权的效果，混合度M取值较大时会造成方位向回波压缩以后主瓣展宽、旁瓣压低，导致图像分辨率下降。主瓣宽度(以方位向时间测度)的理论值为max(1/f_rT_syn，LM/2V)。提高混合度M可使压缩信号的旁瓣降低，但并不能相应地压低成对回波，从而会造成本来较小的成对回波的峰值超过主回波旁瓣的峰值，增大成对回波对成像质量的影响。因此，得到混合度表达式对于分析成像质量及其校正具有重要意义。f_r：调频率，T_syn：合成孔径时间，L：雷达孔径，M：混合度，V：平台速度。

此外，通过计算得到时变混合度的表达式，即可将恒高度理想混合模式回波信号模型中恒定混合度更新为时变混合度形式，对后期成像处理具有重要作用。

对于理想聚束模式，假设雷达在t时刻发射如下形式的线性调频信号：

$s(\mathrm{\τ};t;r)=A\·\mathrm{rect}\left[\frac{\mathrm{\τ}}{T_p}\right]\·\exp (-\mathrm{j\ωt})\·\exp [-\mathrm{j\πb}{\mathrm{\τ}}^2]---\left(6\right)$

那么从斜距为R处的目标反射回的信号为

$\mathrm{ss}(\mathrm{\τ};t;r)A\·\mathrm{rect}\left[\frac{\mathrm{\τ}-\frac{2R(t;r)}{C}}{T_p}\right]\·\exp [-\mathrm{j\πb}{(\mathrm{\τ}-\frac{2R(t;r)}{C})}^2]$

$\·\mathrm{rect}\left[\frac{\mathrm{Mt}-t_0}{T_{\mathrm{beam}}}\right]\·\mathrm{rect}\left[\frac{t}{T_{\mathrm{syn}}}\right]\·\exp (-j\frac{4\mathrm{\πR}(t;r)}{\mathrm{\λ}})---\left(7\right)$

对于非理想凝视的情况，将恒定混合度更新为时变混合度，可得

$\mathrm{ss}(\mathrm{\τ};t;r)A\·\mathrm{rect}\left[\frac{\mathrm{\τ}-\frac{2R(t;r)}{C}}{T_p}\right]\·\exp [-\mathrm{j\πb}{(\mathrm{\τ}-\frac{2R(t;r)}{C})}^2]$ $\left(8\right)$

$\·\mathrm{rect}\left[\frac{M\left(t\right)t-t_0}{T_{\mathrm{beam}}}\right]\·\mathrm{rect}\left[\frac{t}{T_{\mathrm{syn}}}\right]\·\exp (-j\frac{4\mathrm{\πR}(t;r)}{\mathrm{\λ}})$

A：包括天线方向性图和传输信号包络的常数；ω：发射信号载波角频率；τ：距离向时间变量；rect[x]：矩形窗函数，变量x代表窗函数宽度；R(t；r)：导弹与目标某时刻瞬时斜距；T_p：发射脉冲宽度；b：发射线性调频信号的调频率；T_beam：天线地面波束宽度对应的载体飞行时间；t₀：目标被波束开始照射的时间；M：恒定混合度；M(t)：时变混合度；λ：波长；T_syn：合成孔径时间。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用空间建模方式，将实际工作过程中出现的非理想凝视现象以统一的时变混合度的方式表达出来，因此能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，简化仿真过程，为后期成像处理、成像质量分析及总体性能分析奠定基础。

(2)根据本发明提出的空间几何模型，也可以进行反向推导，由给定的平台运行轨迹，也可计算出各轨迹点对应的凝视点坐标。

(3)本发明能够适用于各种复杂的导弹轨迹(只需给出方位向位移计算方法)，时变混合度值及对应斜视角的互相搭配变化，能够准确仿真由波束控制精度或波束控制方式所引起弹道轨迹任意点的凝视点变化；由地面的非理想凝视点也可以推导出对应轨迹点的位置及混合度，具有良好的普适性，且仿真过程简便快捷。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2给出了弹载聚束式SAR凝视点变化空间几何模型；

图3为本发明时变混合度示意图；

图4给出了由凝视点确定轨迹点的原理图；

具体实施方式

由于地面上非理想凝视点的存在，弹载SAR此刻已不再是理想聚束模式的情况，而呈现出混合模式(滑动聚束模式)的特点。理想凝视点与非理想凝视点的延长线汇于地面下某点，由此引入混合度的概念。

$M=\frac{h}{h+H_0}---\left(9\right)$

图3给出了俯冲段非理想凝视SAR示意图，导弹俯冲飞行，将轨迹置于YOZ平面。波束中心照射在地面形成两个凝视点，不再是理想聚束模式。将波束中心延长交于地面下一点，呈现混合模式特征。图中，H₀为初始工作高度，h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，T_syn为合成孔径时间，V导弹飞行速度，Δθ为合成孔径时间内波束中心转过角度，X₀为波束在地面宽度，H(t)为某时刻地面下凝视点到轨迹点的垂直距离。

本发明根据系统实际工作过程中地面产生的若干非理想凝视点，创造性地提出一种时变混合度的获取方法，并由此建立起适合于弹载非理想凝视SAR的混合度确定方法。这种方法可以完成以下连续处理过程：由地面非理想凝视点的坐标及出现时刻可分别计算得到地面正侧视点位置、地面垂直投影点位置、轨迹点位置，由此根据公式计算混合度值，最后依据时间、混合度一一对应关系拟合得到时变混合度表达式。

对于图3所示直线俯冲过程，时变混合度可表示为：

$M\left(t\right)=\frac{h}{H\left(t\right)}---\left(10\right)$

H(t)＝h+H₀-V_h*t    (11)

H(t)为某时刻地面下凝视点到轨迹点的垂直距离，V_h为导弹垂直速度。

采用该发明所提出的混合度提取方法可以由实际聚束模式系统中出现的地面非理想凝视点推导得出时变混合度表达式，能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，并且简化了仿真过程，为后期成像处理及系统分析奠定基础。

本发明目的在于提出一种弹载非理想凝视聚束式SAR的时变混合度获取方法，由散乱的地面非理想凝视点提取统一的时变混合度表示形式，为后期总体性能分析及成像质量分析奠定基础。导弹在末制导阶段运动轨迹比较复杂，对于任意导弹平台运行轨迹来说，如果已知地面非理想凝视点坐标及其出现时刻，配合给定的波束入射角以及斜视角，根据图2所示空间几何关系即可依次确定出地面正侧视点位置、地面垂直投影点位置、轨迹点位置、混合度值，随后可以拟合出时变混合度表达式。同理，如果已知轨迹点，也可反向推导得到各轨迹点对应的凝视点坐标。

为简化过程，本发明仿真过程中将导弹轨迹设定为直线俯冲状态，并且置于YOZ平面，且各轨迹点入射角恒定不变。

本发明的具体实现步骤如下：

步骤一：由给定的起始点及初始混合度，计算地面下波束中心交点与地面垂直距离。

$M_0=\frac{h}{h+H_0}\→h=\frac{M_0}{1-M_0}{H}_0---\left(12\right)$

式中，M₀为初始混合度，H₀为初始高度，h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离。

步骤二：由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点。

以图2中轨迹点o₁为例，o₁为起始点，将其置于Z轴正方向。首先将o₁垂直投影到地面即o’₁，垂直距离为H₀；然后由入射角

确定正侧视时对应的点A₁，o’₁A₁平行于X轴，且

再根据斜视角θ确定出理想凝视点B₁位置。A₁B₁平行于Y轴，并且则理想凝视点B₁坐标为

步骤三：根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度与非理想凝视点出现的时间，结合入射角、斜视角确定该凝视点对应的轨迹点位置。

如图4所示，以给出的非理想凝视点B₂(X₂，Y₂，0)为例。已知该凝视点出现时间为t，则方位向距离为V_a*t，以此确定o’₂点位置(0，V_a*t，0)；作过B₁、B₂的直线，过o’₂点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A₂，A₂点Y轴坐标与o’₂Y轴坐标相同。已知B₁(X₁，Y₁，0)、B₂(X₂，Y₂，0)坐标可确定直线B₁B₂表达式

令y＝V_a*t，得

A₂点坐标为

即可确定轨迹点o₂的位置，

由此可以得出非理想凝视点产生的原因：在轨迹点o₂处，雷达波束本应以理想角度θ_ideal照射到理想凝视点B₁，由于波束照射角度误差，雷达波束以实际角度θ_real照射到B₂，产生非理想凝视的情况。采用已经建立的空间几何关系模型，将其映射到导弹轨迹。

步骤四：根据得到的轨迹点计算混合度

$M\left(t\right)=\frac{h}{h+o_2{o}_2^{,}}---\left(13\right)$

步骤五：根据步骤三、四将地面非理想凝视点分别映射到导弹运行轨迹上，并计算混合度。根据混合度与时间一一对应关系，拟合得出对应时变混合度表达式M(t)。

M(t)＝f(t)，时间与混合度一一对应，且该时变混合度表示式中包含轨迹信息。比如对于直线俯冲弹道，

对于抛物线俯冲弹道

其中V_h为导弹垂直速度。

根据以上阐述计算方法，可以根据已建立的空间几何关系及已知条件完成以下连续过程：由地面非理想凝视点的坐标及出现时刻可分别计算得到轨迹点对应的正侧视点位置、轨迹点对应的地面垂直投影点位置、轨迹点位置，由此根据公式计算混合度值，最后依据时间、混合度一一对应关系拟合得到时变混合度表达式。

下面根据给定的导弹运行参数进行仿真计算，以此验证该混合度提取方法的有效性和普适性。

表1：仿真参数

表2：非理想凝视点坐标及出现时刻

下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。

如图1所示，本发明实现步骤如下：

步骤一：根据起始工作高度(H₀＝25000m)及初始混合度(M₀＝0.1)，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离。

$h=\frac{M_0}{1-M_0}{H}_0=\frac{0.1}{1-0.1}*25000\≈2777.8m$

步骤二：由起始点及入射角、斜视角确定此时理想凝视点的位置。

如图2所示，o₁点坐标为(0，0，25000)；垂直投影到地面o’₁点坐标为(0，0，0)；结合入射角计算轨迹点正侧视时位置，则A₁点坐标为(17505，0，0)；由A₁点坐标及斜视角，确定理想凝视点B₁位置，

则理想凝视点B₁坐标为(17505，11108，0)。

步骤三：根据已知的方位向速度与非理想凝视点出现的时间，结合入射角、斜射角确定该凝视点对应的轨迹点位置。

如图4所示，以给出的非理想凝视点B₂(17281，10770，0)为例。已知该凝视点出现时间为0.5s，则方位向距离为V_a*t＝2000m/s*0.5s＝1000m，以图4为例，o’₁o’₂为1000m，以此确定o’₂点位置；作过B₁、B₂的直线，过o’₂点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A₂，A₂点Y轴坐标与o’₂Y轴坐标相同。已知B₁、B₂坐标可确定直线B₁B₂表达式y＝1.5089x-15305，令y＝1000，得x＝10806，A₂点坐标为(10806，1000，0)，即可确定轨迹点o₂的位置，

步骤四：计算该非理想凝视点对应的混合度

前面步骤一已计算出波束交点与地面的垂直距离h＝2777.6m，过程中这一距离始终不变。

步骤五：对于非理想凝视点B3(17225，10852，0)，已知该凝视点出现时间为1s，为表述方便起见，仍以图4中o₂点代表B3对应轨迹点。则方位向距离为V_a*t＝2000m/s*1s＝2000m，o’₁o’₂为2000m，以此确定o’₂点位置；作过B₁、B₃的直线，同时过o’₂点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A₂，A₂点Y轴坐标与o’₂Y轴坐标相同。已知B₁、B₂坐标可确定直线B₁B₂表达式y＝0.9142x-4895.1，令y＝2000，得x＝7542.2，A₂点坐标为(7542.2，2000，0)，即可确定轨迹点o₂的位置，

此时，混合度

依据上述方法，可确定其余两个非理想凝视点对应的轨迹点高度，从而计算出混合度值分别为0.2578、0.3109。结合非理想凝视点出现时间与对应混合度的一一对应关系，将其近似拟合成一条直线为M(t)＝0.1056t+0.1。

混合模式SAR中，混合度的存在会给系统性能指标、成像质量等方面带来影响。非理想凝视聚束SAR中，混合度的影响同样存在。得到时变混合度的表达式，将为系统性能分析(方位分辨率、等效噪声系数、测绘带宽…)、成像质量分析等方面奠定基础。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤一：由给定的初始高度及初始混合度，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离h，

$h=\frac{M_0}{1-M_0}{H}_0---\left(1\right)$

式中，M₀为初始混合度，H₀为初始高度，h为地面下波束中心交点距离地面垂直距离；

步骤二：由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点；

所述确定理想凝视点的方法为：首先将轨迹点o₁垂直投影到地面即o’₁，垂直距离为H₁；然后由入射角

确定正侧视时对应的点A₁，o’₁A₁平行于X轴，且

再根据斜视角θ确定出理想凝视点B₁位置，A₁B₁平行于Y轴，并且

此时将轨迹点o₁设定为轨迹起始点，并将轨迹点o₁置于坐标系Z轴正方向，即H₀＝H₁，o’₁即为坐标原点，则凝视点B₁坐标为

步骤三：根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度V_a及非理想凝视点出现的时间t，结合入射角和斜视角，确定该凝视点对应的轨迹点位置，具体如下：

已知非理想凝视点B₂(X₂，Y₂，0)，且该非理想凝视点出现时间为t，则方位向距离为V_a*t，以此确定o’₂点位置(0，V_a*t，0)；作过B₁、B₂的直线，过o’₂点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A₂，A₂点Y轴坐标与o’₂Y轴坐标相同，已知B₁(X₁，Y₁，0)、B₂(X₂，Y₂，0)坐标可确定直线B₁B₂表达式

令y＝B_a*t，得A₂点坐标为

即可确定轨迹点o₂的位置，

步骤四：根据步骤三得到的轨迹点，计算该轨迹点对应的混合度

$M_2=\frac{h}{h+o_2{o}_2^{,}}---\left(2\right)$

h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，o₂o’₂为某时刻轨迹点o₂到地面垂直距离；

步骤五：由步骤三和步骤四得到的结果，根据地面非理想凝视点坐标及出现时刻B₂(X₂，Y₂，0，t₂)，B₃(X₃，Y₃，0，t₃)，B₄(X₄，Y₄，0，t₄)...分别计算得出这三个非理想凝视点对应轨迹点的垂直高度o₂o’₂，o₃o’₃，o₄o’₄，并根据公式(2)分别计算混合度M₂，M₃，M₄，由时间与混合度的一一对应关系，近似拟合得出对应的时变混合度表达式M(t)＝f(t)，其中f(t)为任意可能的以t为变量的表达式。

2.根据权利要求1所述的一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，其特征在于：所述确定表达式M(t)＝f(t)的方法是：建立以t为X轴，M为Y轴的坐标系，将(t₂，M₂)，(t₃，M₃)，(t₄，M₄)...作为点的坐标表示在坐标系中，通过观察、连线的方法确定时变混合度表达式。

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