CN103576152B - 一种滑动聚束合成孔径雷达及其实现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动聚束SAR及其实现方法和装置，滑动聚束SAR的实现方法包括：基于滑动聚束SAR的系统参数，计算滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；基于满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取滑动聚束SAR的波位信息；基于滑动聚束SAR的波位信息，计算滑动聚束SAR的关键参数；当滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定滑动聚束SAR的天线子阵数量为满足第一条件的天线子阵数量、滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。采用本发明的技术方案，能够有效设计滑动聚束SAR的各关键参数，从而使滑动聚束SAR实现较高的分辨率和较大的方位向幅宽。

Description

一种滑动聚束合成孔径雷达及其实现方法和装置

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达（SAR，SyntheticApertureRadar）中的滑动聚束技术，尤其涉及一种滑动聚束SAR及其实现方法和装置。

背景技术

高分辨率是SAR的一项重要指标，SAR传统的条带工作模式由于天线最小面积的限制，不能够达到很高的分辨率。聚束模式能够通过方位向扫描实现高分辨率，但是，方位向的成像距离受到很大的限制。滑动聚束模式是以上两种工作模式的结合，通过一边扫描一边向前滑动的方式来实现高分辨率的同时接收方位向幅宽，对SAR的发展和应用有着非常重要的意义。

滑动聚束SAR和普通SAR主要存在的设计难点在于较大的扫描角度的天线设计，以及波位设计和关键技术指标的计算。如何合理地设计上述关键参数是滑动聚束SAR能否实现的关键，因此，如何有效设计滑动聚束SAR的各关键参数是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种滑动聚束SAR及其实现方法和装置，能够有效设计滑动聚束SAR的各关键参数，从而使滑动聚束SAR实现较高的分辨率和较大的方位向幅宽。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种滑动聚束SAR的实现方法，所述方法包括：

基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；

确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；

基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。

优选地，所述确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量，包括：

根据以下公式确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

优选地，所述确定出满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率PRF，包括：

根据以下公式确定出满足第二条件以及第三条件的PRF：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}$

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

优选地，所述基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数，包括：

根据以下公式计算滑动聚束SAR的系统灵敏度：

$\mathrm{NESZ}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{\mathrm{az}}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×\sin \left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×\mathrm{Br}\×T\×F}{P_{\mathrm{tx}}\×G_{\mathrm{tx}}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{\mathrm{rx},j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×\mathrm{PRFuni}\×\mathrm{\τ}\×N\×c_0}$

其中，NESZ(θ_i)为系统灵敏度，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，C₀为光速，R₀为斜距，L_az为方位向积分损失，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角；

根据以下公式计算滑动聚束SARR的方位向模糊度：

$\mathrm{AASR}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\left[{|2\×\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left(U_k(f+k\×\mathrm{PRF},{\mathrm{\θ}}_i)\right)|}^2\right]}{E\left[{\left|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i)\right|}^2\right]}$

其中，AASR(θ_i)为方位向模糊度，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

优选地，所述方法还包括：

通过以下公式计算距离徙动距离：

$\mathrm{RCM}=\frac{R_c}{2}\×{(\sin \mathrm{\θ}+\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}})}^2$

其中，RCM为距离徙动距离，R_c为卫星到地面的最近距离，θ为最大扫描角，θ_theta满足以下公式：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}=0.886\×\frac{\mathrm{\λ}}{L_a}$

其中，λ为载波波长，L_a为天线长度；

将所述距离徙动距离添加入所述回波接收窗中并作为更新的回波接收窗；

相应地，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗，为：

所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落更新的入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入更新的回波接收窗。

一种滑动聚束SAR的实现装置，所述装置包括：第一计算单元、第一确定单元、第二确定单元、获取单元、第二计算单元以及第三确定单元；其中，

所述第一计算单元，用于基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；

所述第一确定单元，用于确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述第二确定单元，用于确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述获取单元，用于基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；

所述第二计算单元，用于基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

所述第三确定单元，用于确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。

优选地，所述第一确定单元，还用于根据以下公式确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

优选地，所述第二确定单元，还用于根据以下公式确定出满足第二条件以及第三条件的PRF：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}$

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

优选地，所述第二计算单元，还用于根据以下公式计算滑动聚束SAR的系统灵敏度：

$\mathrm{NESZ}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{\mathrm{az}}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×\sin \left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×\mathrm{Br}\×T\×F}{P_{\mathrm{tx}}\×G_{\mathrm{tx}}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{\mathrm{rx},j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×\mathrm{PRFuni}\×\mathrm{\τ}\×N\×c_0}$

其中，NESZ(θ_i)为系统灵敏度，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，C₀为光速，R₀为斜距，L_az为方位向积分损失，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角；

根据以下公式计算滑动聚束SARR的方位向模糊度：

$\mathrm{AASR}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\left[{|2\×\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left(U_k(f+k\×\mathrm{PRF},{\mathrm{\θ}}_i)\right)|}^2\right]}{E\left[{\left|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i)\right|}^2\right]}$

其中，AASR(θ_i)为方位向模糊度，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

优选地，所述装置还包括第三计算单元和更新单元；其中，

所述第三计算单元，用于通过以下公式计算距离徙动距离：

$\mathrm{RCM}=\frac{R_c}{2}\×{(\sin \mathrm{\θ}+\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}})}^2$

其中，RCM为距离徙动距离，R_c为卫星到地面的最近距离，θ为最大扫描角，θ_theta满足以下公式：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}=0.886\×\frac{\mathrm{\λ}}{L_a}$

其中，λ为载波波长，L_a为天线长度；

所述更新单元，用于将所述距离徙动距离添加入所述回波接收窗中并作为更新的回波接收窗；

相应地，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗，为：

所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落更新的入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入更新的回波接收窗。

一种滑动聚束SAR，其中，

所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述多波束SAR的关键参数满足预设指标；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度。

优选地，所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件，为：

所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足以下公式：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

优选地，所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件，为：

所述滑动聚束SAR的PRF满足以下公式：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}$

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

本发明实施例中，基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。如此，有效地设计出了滑动聚束SAR的各关键参数，并且，所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标，从而使滑动聚束SAR实现较高的分辨率和较大的方位向幅宽。

附图说明

图1为本发明实施例的滑动聚束SAR的实现方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的滑动聚束SAR的实现装置的结构组成示意图；

图3为本发明实施例的滑动聚束SAR的工作原理示意图；

图4为本发明实施例的波位图；

图5为本发明实施例的系统灵敏度曲线；

图6为本发明实施例的方位向模糊度曲线；

图7为本发明实施例的距离向模糊度曲线。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。

图1为本发明实施例的滑动聚束SAR的实现方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤101：基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸。

具体地，星载滑动聚束SAR的工作原理如图3所示，天线波束始终指向虚拟中心O，卫星到虚拟中心的最近斜距为R_s，R_c为卫星到地面的最近距离，X为天线足印长度，X_f为方位向成像幅宽，v_f为波束地面速度，v_s为卫星飞行速度，θ为最大扫描角。可以通过公式（1a）计算波束的转动角速度：

$K_w=\frac{2\×{\mathrm{\ρ}}_a\×{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}\×v_s}{\mathrm{\λ}\×R_c}-\frac{v_f}{R_c}---\left(1a\right)$

其中，ρ_a为方位向分辨率，λ为载波波长，θ_theta为天线波束宽度，L_a为天线长度。

利用波束转动角速度即可计算出波束驻留时间为公式（2a）：

$T_{\mathrm{burst}}=\frac{R_c\×{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}+X_f}{v_f+R_c\×K_w}---\left(2a\right)$

利用转动角速度和波束驻留时间即可计算出最大扫描角θ为公式（3a）：

θ=T_burst×K_w（3a）

步骤102：确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量。

这里，所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离。

对于相控阵天线，天线能够扫描θ角度，天线子阵之间的距离必须满足公式（4a）：

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}---\left(4a\right)$

其中，d为天线子阵之间的距离。

因此，可以得到满足扫面能力的天线子阵数量为公式（5a）：

$N=\frac{L_a}{d}---\left(5a\right)$

其中，N为天线子阵数量。

步骤103：确定出满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率（PRF，PulseRecurrenceFrequency）。

这里，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗。

具体地，对于收发共用天线的星载滑动聚束合SAR，需要避开发射脉冲的遮掩和星下点回波干扰，因此，需要选择特定的PRF来实现。

避开发射脉冲的遮掩时，设过了i个脉冲重复周期后接收到了回波，则发射脉冲不落入回波接收窗的条件是：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}---\left(6a\right)$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

为了避开星下点回波的影响，回波的延迟时间为2H/c。假设近端回波延迟时间与星下点回波延迟时间大于等于j个PRF，则需满足公式（7a）所示的条件才能让星下点回波干扰不落在回波接收窗内：

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}---\left(7a\right)$

根据公式（6）、公式（7），可以得到滑动聚束SAR的波位图。对于滑动聚束模式，由于多普勒带宽很大，导致距离徙动很大，这部分的距离徙动距离需要采集，并加在回波窗上。距离徙动的表达式如下：

$\mathrm{RCM}=\frac{R_c}{2}\×{(\sin \mathrm{\θ}+\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}})}^2---\left(8a\right)$

其中，RCM为距离徙动距离。

步骤104：基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息。

具体地，根据（7a），（8a）式，可以得到滑动聚束SAR的波位图，从而从波位图中选取最优的PRF。

步骤105：基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数。

这里，所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度。

步骤106：确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。

具体地，滑动聚束SAR的关键技术参数，分别为方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度。其中RASR的计算和传统SAR的相同，但方位向模糊度和系统灵敏度的计算方法都与传统SAR的不同。

滑动聚束SAR的系统灵敏度为公式（9a）：

$\mathrm{NESZ}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{\mathrm{az}}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×\sin \left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×\mathrm{Br}\×T\×F}{P_{\mathrm{tx}}\×G_{\mathrm{tx}}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{\mathrm{rx},j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×\mathrm{PRFuni}\×\mathrm{\τ}\×N\×c_0}---\left(9a\right)$

其中，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，C₀为光速，R₀为斜距，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角。L_az为方位向积分损失，这个值在条带模式下为一个定值，但在滑动聚束模式下，由于方位向扫描的原因，在不同扫描角度，这个值不同，需要实时积分来计算。

滑动聚束SAR的方位向模糊度为公式（10a）：

$\mathrm{AASR}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\left[{|2\×\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left(U_k(f+k\×\mathrm{PRF},{\mathrm{\θ}}_i)\right)|}^2\right]}{E\left[{\left|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i)\right|}^2\right]}---\left(10a\right)$

其中，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

图2为本发明实施例的滑动聚束SAR的实现装置的结构组成示意图，如图2所示，所述装置包括：第一计算单元21、第一确定单元22、第二确定单元23、获取单元24、第二计算单元25以及第三确定单元26；其中，

所述第一计算单元21，用于基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；

所述第一确定单元22，用于确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述第二确定单元23，用于确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述获取单元24，用于基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；

所述第二计算单元25，用于基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

所述第三确定单元26，用于确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF。

上述方案中，第一计算单元21通过公式（1b）计算波束的转动角速度：

$K_w=\frac{2\×{\mathrm{\ρ}}_a\×{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}\×v_s}{\mathrm{\λ}\×R_c}-\frac{v_f}{R_c}---\left(1b\right)$

其中，ρ_a为方位向分辨率，λ为载波波长，θ_theta为天线波束宽度，L_a为天线长度。

利用波束转动角速度即可计算出波束驻留时间为公式（2b）：

$T_{\mathrm{burst}}=\frac{R_c\×{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}+X_f}{v_f+R_c\×K_w}---\left(2b\right)$

利用转动角速度和波束驻留时间即可计算出最大扫描角θ为公式（3b）：

θ=T_burst×K_w（3b）

优选地，所述第一确定单元22，还用于根据公式（5b）及公式（4b）确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量：

$N=\frac{L_a}{d}---\left(5b\right)$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}---\left(4b\right)$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

优选地，所述第二确定单元23，还用于根据公式（6b）及公式（7b）确定出满足第二条件以及第三条件的PRF：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}---\left(6b\right)$

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}---\left(7b\right)$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

优选地，所述第二计算单元25，还用于根据公式（9b）计算滑动聚束SAR的系统灵敏度：

$\mathrm{NESZ}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{\mathrm{az}}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×\sin \left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×\mathrm{Br}\×T\×F}{P_{\mathrm{tx}}\×G_{\mathrm{tx}}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{\mathrm{rx},j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×\mathrm{PRFuni}\×\mathrm{\τ}\×N\×c_0}---\left(9b\right)$

其中，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，C₀为光速，R₀为斜距，L_az为方位向积分损失，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角；

根据公式（10b）计算滑动聚束SARR的方位向模糊度：

$\mathrm{AASR}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\left[{|2\×\underset{k=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left(U_k(f+k\×\mathrm{PRF},{\mathrm{\θ}}_i)\right)|}^2\right]}{E\left[{\left|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i)\right|}^2\right]}---\left(10b\right)$

其中，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

优选地，所述装置还包括第三计算单元27和更新单元28；其中，

所述第三计算单元27，用于通过公式（8b）计算距离徙动距离：

$\mathrm{RCM}=\frac{R_c}{2}\×{(\sin \mathrm{\θ}+\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}})}^2---\left(8b\right)$

其中，RCM为距离徙动距离，R_c为卫星到地面的最近距离，θ为最大扫描角， ${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{theta}}=0.886\×\frac{\mathrm{\λ}}{L_a};$

其中，λ为载波波长，L_a为天线长度；

所述更新单元28，用于将所述距离徙动距离添加入所述回波接收窗中并作为更新的回波接收窗；

相应地，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗，为：

所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落更新的入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入更新的回波接收窗。

本领域技术人员应当理解，图2所示的滑动聚束SAR的实现装置中的各单元的实现功能可参照前述滑动聚束SAR的实现方法的相关描述而理解。图2所示的滑动聚束SAR的实现装置中的各单元的功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。

本发明实施例还记载了一种滑动聚束SAR，所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述多波束SAR的关键参数满足预设指标；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度。

优选地，所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件，为：

所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足公式（5c）及公式（4c）：

$N=\frac{L_a}{d}---\left(5c\right)$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}---\left(4c\right)$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

优选地，所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件，为：

所述滑动聚束SAR的PRF满足公式（6c）及公式（7c）：

$\frac{i}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{i+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}}---\left(6c\right)$

$\frac{j}{{2R}_n/c-T_p-T_{\mathrm{pt}}-2H/c}\≤\mathrm{PRF}\≤\frac{j+1}{{2R}_f/c+T_p+T_{\mathrm{pt}}-2H/c}---\left(7c\right)$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

下面结合表1对本发明实施例的滑动聚束SAR的实现方法作进一步描述。如表1所示，表1示出了一个高分辨率宽测绘带星载SAR的系统要求，其中分辨率要求达到0.15m，测绘幅宽达到15Km，使用一般的SAR系统不能满足上述要求，通过使用本发明实施例记载的滑动聚束SAR则可以满足上述要求。

轨道高度	700Km	发射载频	9.6GHz
				分辨率	0.15m	测绘幅宽	15Km
AASR限制	小于-20dB	RASR限制	小于-20dB
				NESZ限制	小于-20dB	视角范围	13度到53度

表1

通过公式（1a）、（2a）、（3a）、或者公式（1b）、（2b）、（3b）天线长度为7.2米，通过公式（4a）、（5a）、或者公式（4b）、（5b）、公式（4c）、（5c）可以计算出天线子阵数量大于256个，因此，可以设计天线子阵数量为320个，以满足扫描要求。

根据表1中滑动聚束SAR的基本参数，通过公式（6a）、（7a）、或者公式（6b）、（7b）、或者公式（6c）、（7c）可以得出滑动聚束SAR的波位图，并且得出优化后的所有波位位置，如图4所示。

根据波位位置，以及公式（9a）、或者公式（9b），可以得出所有波位的系统灵敏度曲线，如图5所示，最差为-20.59dB，满足小于-20dB的要求。根据方位向模糊度的计算公式（10a）、或者公式（10b），可以得出所有波位的方位向模糊度，计算结果如图6所示，最差为-20.18dB，满足小于-20dB的要求。所有波位的距离向模糊度曲线如图7所示，最差为-30.51dB，满足小于-20dB的要求。所有系统指标都能够满足设计要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种滑动聚束合成孔径雷达SAR的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；

确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

确定出满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；

基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF；

其中，所述确定出满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率PRF，包括：

根据以下公式确定出满足第二条件以及第三条件的PRF：

$\frac{i}{2R_n/c-T_p-T_{pt}}\≤PRF\≤\frac{i+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}}$

$\frac{j}{2R_n/c-T_p-T_{pt}-2H/c}\≤PRF\≤\frac{j+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

2.根据权利要求1所述的滑动聚束合成孔径雷达SAR的实现方法，其特征在于，所述确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量，包括：

根据以下公式确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

3.根据权利要求1所述的滑动聚束合成孔径雷达SAR的实现方法，其特征在于，所述基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数，包括：

根据以下公式计算滑动聚束SAR的系统灵敏度：

$NESZ\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{az}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×sin\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×Br\×T\×F}{P_{tx}\×G_{tx}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{rx,j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×PRFuni\×\mathrm{\τ}\×N\×c}$

其中，NESZ(θ_i)为系统灵敏度，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，c为光速，R₀为斜距，L_az为方位向积分损失，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角，N为方位向通道数，θ_i为方位向角度；

根据以下公式计算滑动聚束合成孔径雷达SAR的方位向模糊度：

$AASR\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\[|2\×\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left(U_k\right(f+k\×PRF,{\mathrm{\θ}}_i)){|}^2\]}{E\[|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i){|}^2\]}$

其中，AASR(θ_i)为方位向模糊度，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

4.根据权利要求1至3任一项所述的滑动聚束合成孔径雷达SAR的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过以下公式计算距离徙动距离：

$RCM=\frac{R_c}{2}\×{(sin\mathrm{\θ}+{\mathrm{sin\θ}}_{theta})}^2$

其中，RCM为距离徙动距离，R_c为卫星到地面的最近距离，θ为最大扫描角，θ_theta满足以下公式：

${\mathrm{\θ}}_{theta}=0.886\×\frac{\mathrm{\λ}}{L_a}$

其中，λ为载波波长，L_a为天线长度；

将所述距离徙动距离添加入所述回波接收窗中并作为更新的回波接收窗；

相应地，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗，为：

所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落更新的入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入更新的回波接收窗。

5.一种滑动聚束SAR的实现装置，其特征在于，所述装置包括：第一计算单元、第一确定单元、第二确定单元、获取单元、第二计算单元以及第三确定单元；其中，

所述第一计算单元，用于基于所述滑动聚束SAR的系统参数，计算所述滑动聚束SAR的最大扫描角以及天线尺寸；

所述第一确定单元，用于确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述第二确定单元，用于确定出满足第二条件以及第三条件的PRF；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述获取单元，用于基于所述满足第二条件以及第三条件的脉冲重复频率，获取所述滑动聚束SAR的波位信息；

所述第二计算单元，用于基于所述滑动聚束SAR的波位信息，计算所述滑动聚束SAR的关键参数；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

所述第三确定单元，用于确定出所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标时，确定所述滑动聚束SAR的天线子阵数量为所述满足第一条件的天线子阵数量、所述滑动聚束SAR的PRF为满足第二条件以及第三条件的PRF；

所述第二确定单元，还用于根据以下公式确定出满足第二条件以及第三条件的PRF：

$\frac{i}{2R_n/c-T_p-T_{pt}}\≤PRF\≤\frac{i+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}}$

$\frac{j}{2R_n/c-T_p-T_{pt}-2H/c}\≤PRF\≤\frac{j+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

6.根据权利要求5所述的滑动聚束SAR的实现装置，其特征在于，所述第一确定单元，还用于根据以下公式确定出满足第一条件的所述滑动聚束SAR的天线子阵数量：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。

7.根据权利要求5所述的滑动聚束SAR的实现装置，其特征在于，所述第二计算单元，还用于根据以下公式计算滑动聚束SAR的系统灵敏度：

$NESZ\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{4\×{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3\×R_0{\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)}^3\×L_{az}\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\×L\×v_s\×sin\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×k\×Br\×T\×F}{P_{tx}\×G_{tx}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×G_{rx,j}\left({\mathrm{\Θ}}_i\right)\×{\mathrm{\λ}}^3\×PRFuni\×\mathrm{\τ}\×N\×c}$

其中，NESZ(θ_i)为系统灵敏度，P_tx为天线发射的峰值功率，G_tx为发射天线增益，G_rx为接收天线增益，λ为载波波长，τ为发射脉宽，σ为后向散射系数，c为光速，R₀为斜距，L_az为方位向积分损失，L为系统损耗，B_r为发射带宽，T为系统温度，F为接收机噪声系数，Θ_i为卫星入射角，N为方位向通道数，θ_i为方位向角度；

根据以下公式计算滑动聚束合成孔径雷达SAR的方位向模糊度：

$AASR\left({\mathrm{\θ}}_i\right)=\frac{E\[|2\×\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}\left(U_k\right(f+k\×PRF,{\mathrm{\θ}}_i)){|}^2\]}{E\[|U_k(f,{\mathrm{\θ}}_i){|}^2\]}$

其中，AASR(θ_i)为方位向模糊度，U(f)为接收信号幅度，PRF为脉冲重复频率。

8.根据权利要求5至7任一项所述的滑动聚束SAR的实现装置，其特征在于，所述装置还包括第三计算单元和更新单元；其中，

所述第三计算单元，用于通过以下公式计算距离徙动距离：

$RCM=\frac{R_c}{2}\×{(sin\mathrm{\θ}+{\mathrm{sin\θ}}_{theta})}^2$

其中，RCM为距离徙动距离，R_c为卫星到地面的最近距离，θ为最大扫描角，θ_theta满足以下公式：

${\mathrm{\θ}}_{theta}=0.886\×\frac{\mathrm{\λ}}{L_a}$

其中，λ为载波波长，L_a为天线长度；

所述更新单元，用于将所述距离徙动距离添加入所述回波接收窗中并作为更新的回波接收窗；

相应地，所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗，为：

所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落更新的入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入更新的回波接收窗。

9.一种滑动聚束SAR，其特征在于，

所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件；所述第一条件用于限定所述天线子阵之间的距离；

所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件；所述第二条件用于限定所述滑动聚束SAR的发射脉冲不落入回波接收窗；所述第三条件用于限定所述滑动聚束SAR的星下点回波干扰不落入回波接收窗；

所述滑动聚束SAR的关键参数满足预设指标；所述关键参数包括以下信息至少之一：方位向模糊度、距离向模糊度以及系统灵敏度；

所述滑动聚束SAR的PRF满足第二条件以及第三条件，为：

所述滑动聚束SAR的PRF满足以下公式：

$\frac{i}{2R_n/c-T_p-T_{pt}}\≤PRF\≤\frac{i+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}}$

$\frac{j}{2R_n/c-T_p-T_{pt}-2H/c}\≤PRF\≤\frac{j+1}{2R_f/c+T_p+T_{pt}-2H/c}$

其中，T_p为发射脉宽，T_pt为保护脉宽，R_n和R_f分别为近端和远端斜距，c为光速。

10.根据权利要求9所述的滑动聚束SAR，其特征在于，所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足第一条件，为：

所述滑动聚束SAR的天线子阵数量满足以下公式：

$N=\frac{L_a}{d}$

$d\≤\frac{\mathrm{\λ}}{1+\left|\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)\right|}$

其中，N为天线子阵数量，L_a为天线的长度，d为天线子阵之间的距离，λ为载波波长，θ为最大扫描角。