CN107765226B - 一种sar卫星雷达回波模拟方法、系统和介质 - Google Patents
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Abstract
一种SAR雷达回波模拟方法、系统和介质，根据卫星实时传输的姿态信息，确定卫星当前的天线指向；利用查找PVT表得到的卫星的位置、速度、加速度信息，插值推算出卫星当前时刻的位置；计算得到卫星与地面模拟目标间的距离及当前目标回波的应有增益；建立星载SAR点目标的回波信号数学模型；通过多点的目标回波模型叠加，产生星载SAR场景的回波信号，最终得到SAR卫星回波信号数据，提高SAR回波模拟的真实性，通过多点目标叠加形成SAR场景的方法可以更加快捷地生成不同样式的场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种SAR(合成孔径雷达)卫星雷达回波模拟方法、系统和介质，可适用于SAR卫星成像性能测试，属于SAR卫星雷达回波模拟技术领域。
背景技术
雷达遥感具有全天时、全天候成像以及一定的穿透性优势，合成孔径雷达成像卫星在国内外对地观测系统系统得到了广泛应用，对军事侦察和国民经济发展都起到了非常重要的作用。例如美国的“长曲棍球”(Lacrosse)、欧空局的ENVISAT、德国的SAR-Lupe和TerraSAR、意大利的Cosmo-Skymed、加拿大的Radarsat、日本的JERS－1和ALOS、韩国的KOMSAT-5、俄罗斯的Almaz以及印度的Risat等。近年来我国在合成孔径雷达成像卫星也取得了举世瞩目的成就，相继成功发射了环境一号C卫星和高分三号卫星。
SAR卫星一般由电源分系统、总体电路分系统、测控分系统、数管(综合电子)分系统、热控分系统、控制与推进分系统、数传分系统和SAR载荷分系统组成。合成孔径雷达成像卫星通常具有条带、聚束和扫描三种成像模式且可工作在左侧飞或者右侧飞姿态，其中SAR载荷在与卫星整体结构总装集成前需要完成分系统级功能、性能测试验证工作，具备交付条件后再参与整星系统级功能、性能测试。SAR卫星成像不仅与SAR载荷分系统自身相关，也与整星其他分系统的工作状态相关，例如整星电磁环境、工作电压、工作电流、卫星轨道、卫星姿态等等，这些因素都会导致整星SAR成像的差异性。
当前的SAR卫星系统级成像功能和性能测试验证模式均采用SAR载荷分系统出厂前的分系统级测试模式，这种模式仅能验证SAR载荷分系统自身的功能和性能，不能验证到整星其他分系统对SAR成像的影响，导致SAR卫星成像测试覆盖性不全，同时，由于分系统级测试模式与SAR卫星在轨真实工作状态和工作模式有较大差异导致基于原有模式的测试结果会有一定的失真。现有解决问题的方法主要是采用轨道六根数来确定卫星轨道的方法，即通过卫星的轨道倾角、升交点赤经、近地点辐角、轨道半通径和当前时刻这六个要素，确定卫星的轨道并计算卫星当前的位置，并且假定卫星姿态不变，然而由于卫星在轨实际工作过程中姿态存在较大抖动，信号功率增益存在起伏，造成目标反射信号功率模拟不精确，从而导致目标回波信号模拟真实性较差。
国内外在很早之前就开展了SAR卫星和SAR载荷的测试技术研究工作，对于成像模式验证通常采用回波模拟计算生成雷达回波信号，然后再对星载SAR数据进行图像处理和成像指标分析。张华春在文章《环境一号C卫星SAR闭环测试系统的设计与实现》(数据采集与处理第29卷第4期)中介绍了一种SAR闭环测试系统，模拟星地SAR信号传输过程，实现SAR系统成像功能、压缩方式和点目标特性的测试，实现了SAR系统相关参数和成像算法验证，但该方法仅考虑到SAR载荷分系统的验证，而未考虑到整星工作模式和其他分系统对SAR成像的影响。Y.J.Won和A.Bauleo等在文章《KOMPSAT-5SAR P/L On Ground VerificationCampaign》(IEEE CONFERENCE)中介绍了KOMPSAT-5卫星SAR载荷从分系统级到系统级的地面验证过程，特别是对SAR载荷交付整星前的测试方法进行了重点说明，但对于整星阶段的测试只介绍了环境试验和接口测试的过程，并未提及回波模拟的方法。专利CN104569938A(一种合成孔径雷达回波仿真器)和专利CN203930058U(一种合成孔径雷达面目标回波信号模拟器)都介绍了一种合成孔径雷达的回波模拟设备，对雷达回波的实时计算方法和原理进行说明，然而其仅针对的是规定地域、规定几何形状、规定卫星轨道的雷达回波模拟算法，究其根本还是分系统级的回波模拟，未考虑整星其他参数对回波模拟的影响，与卫星在轨工作状态仍有很大的差距。
发明内容
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种SAR卫星雷达回波模拟方法、系统和介质，解决SAR卫星在轨运动过程中造成回波模拟器不真实的问题，减小了卫星在轨工作状态的差距。
本发明解决的技术方案为：一种SAR卫星雷达回波模拟方法，步骤如下：
(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度和加速度信息；
(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
(7)用步骤(6)建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号。
所述步骤(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度和加速度信息，步骤如下：
根据卫星运行轨道，仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行的每个时刻的J2000惯性坐标系下位置p(nT)、速度v(nT)、加速度a(nT)，时间间隔为T，T＝20ms，生成PVT表格。
所述固定时间段的长度为T；固定时间段，包括开始时刻和结束时刻，相邻的两个固定时间段，第一个固定时间段的结束时刻也就是第二个固定时间段的开始时刻；一个固定时间段的开始时刻和结束时刻之间为固定时间段时间长度；
所述步骤(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向，步骤如下；
通过卫星实时下传数据获得卫星当前时刻的滚动角、俯仰角和偏航角以及滚动角速度、俯仰角速度和偏航角速度，通过坐标转换根据SAR天线安装角度和获得卫星当前时刻的滚动角、俯仰角和偏航角以及滚动角速度、俯仰角速度和偏航角速度，计算当前时刻SAR卫星上安装的SAR天线指向。
所述步骤(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息，步骤如下；
设SAR卫星安装的合成孔径雷达发出脉冲的脉冲周期为Tr，Tr小于T，获得卫星当前时刻所在的固定时间段，根据固定时间段的开始时刻的SAR卫星在J2000惯性坐标系下的位置(x0,y0,z0)、速度(vx0,vy0,vz0)、加速度(ax0,ay0,ay0)，得到雷达发出每个脉冲的时刻对应的SAR卫星位置(xi,yi,zi)，其中：
i为脉冲的序号，i＝1，2，3…N，N为合成孔径雷达发出脉冲的总数；
所述步骤(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益，步骤如下；
设每个脉冲发射时卫星在J2000惯性坐标系下的位置(xi,yi,zi)，设地面模拟目标的位置(xe,ye,ze),从而得到每个脉冲发射时刻卫星与地面模拟目标之间的距离：
通过卫星合成孔径雷达天线指向，即可得到地面模拟目标和卫星SAR天线中心形成的直线与天线指向的夹角θ即，然后通过夹角θ查询雷达天线方向图可知，雷达收到地面模拟目标反射的回波信号到达卫星SAR天线时的回波信号增益Ga，回波信号为脉冲。
所述步骤(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
已知SAR雷达在发射一串脉冲，每个发射脉冲p(t)都具有相位编码，则写出：
p(t)＝a(t)cos(ωt-φ(t))
式中，a(t)是定义在区间(0,Δ)上的矩形窗函数，Δ为脉冲宽度，，即
φ(t)是定义在区间(0,Δ)上的相位调制函数，ω是载频。
设一个点目标距雷达的距离为r1(t)，则其回波信号s(t)可以表示为
式中，σ是点目标的雷达截面积，c是光速，Gθ[t-r1(t)/c]是SAR到该点目标方向的雷达天线增益
所述步骤(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，步骤如下；
若已知场景共由k个点组成，则回波信号的数学模型如下：
一种SAR卫星雷达回波模拟系统，包括：获取模块、第一确定模块、第二确定模块、计算模块、第一建模模块、第二建模模块、回波信号生成模块；
获取模块，获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度和加速度信息；
第一确定模块，获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
第二确定模块，利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
计算模块，计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
第一建模模块，设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
第二建模模块，通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
回波信号生成模块，用第二建模模块建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号。
一种基于SAR卫星雷达回波模拟的存储介质，存储了综合权衡优化程序，该程序按照权利要求1-9中任一项所述方法运行。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明在步骤1中通过GPS仿真器输出的整秒秒冲信号获取卫星当前时刻的方法，可以获取高精度和高稳定度的时间信息；
(2)本发明通过步骤3查询PVT表格数据，然后利用插值算法获得当前卫星准确的位置、速度和加速度信息，能够大幅度提高回波模拟数据的精度和真实性；
(3)本发明通过步骤4的查询天线方向图计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益可以提高模拟回波的功率精度；
(4)本发明在步骤2中根据卫星下传的姿态信息确定卫星当前天线角度指向的方法获得的数据更加精准，且可以使得后续回波信号模拟更加快速；
(5)本发明在步骤6中通过多点目标叠加形成SAR场景的方法可以更加快捷地生成不同样式的场景。
附图说明
图1为本发明的实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明设计一种SAR卫星雷达回波模拟方法包括以下6个步骤：1)获取SAR卫星在轨实时工作位置、速度、加速度和时间信息；2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；3)利用插值算法得出当前时刻卫星的卫星、速度、加速度信息；4)计算卫星与模拟目标之间的回波增益；5)建立星载SAR点目标的回波信号模型；6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型。通过上述六个步骤，最终得到SAR卫星回波信号数据，提高SAR回波模拟的真实性。
本发明根据卫星实时传输的姿态信息，确定卫星当前的天线指向；利用查找PVT表得到的卫星的位置、速度、加速度信息，插值推算出卫星当前时刻的位置；计算得到卫星与地面模拟目标间的距离及当前目标回波的应有增益；建立星载SAR点目标的回波信号数学模型；通过多点的目标回波模型叠加，产生星载SAR场景的回波信号。
如图1所示，一种SAR卫星雷达回波模拟方法，包括步骤如下：
(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度、加速度信息和卫星姿态角度信息。为了确保数据的精准，根据卫星运行轨道，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个时刻的J2000惯性坐标系下位置p(nT)、速度v(nT)、加速度a(nT)，时间间隔为T，T＝20ms，生成PVT表格，该方法可以为回波模拟提供高精度的输入数据，提高模拟精度。
通过GPS仿真器输出的秒脉冲信号获取精准的当前时刻。GPS仿真器属于地面测试设备，输出高精度高稳定的整秒脉冲信号，精度达到ns级，SAR卫星在地面测试阶段主要通过GPS仿真器为整个地面测试系统授时，完成时间同步。
上面所述固定时间段的长度为T；固定时间段，包括开始时刻和结束时刻，相邻的两个固定时间段，第一个固定时间段的结束时刻也就是第二个固定时间段的开始时刻；一个固定时间段的开始时刻和结束时刻之间为固定时间段时间长度。
(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
为了确保获得数据的准确性，根据卫星下传的姿态角度和天线安装角度，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个固定时间间隔T(T＝20ms)的J2000惯性坐标系下的天线指向，生成天线指向数据表格，利用插值算法可以获得任意当前时刻的天线指向。
(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
设SAR卫星安装的合成孔径雷达发出脉冲的脉冲周期为Tr，Tr小于T，获得卫星当前时刻所在的固定时间段，根据固定时间段的开始时刻的SAR卫星在J2000惯性坐标系下的位置(x0,y0,z0)、速度(vx0,vy0,vz0)、加速度(ax0,ay0,ay0)，得到雷达发出每个脉冲的时刻对应的SAR卫星位置(xi,yi,zi)，其中：
i为脉冲的序号，i＝1，2，3…N，N为合成孔径雷达发出脉冲的总数。
(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
设每个脉冲发射时卫星在J2000惯性坐标系下的位置(xi,yi,zi)，设地面模拟目标的位置(xe,ye,ze),从而得到每个脉冲发射时刻卫星与地面模拟目标之间的距离：
其中，n*Tr+脉冲宽度<2*li(t)/c<(n+1)*Tr,Tr为脉冲的脉冲周期。
通过卫星合成孔径雷达天线指向，即可得到地面模拟目标和卫星SAR天线中心形成的直线与天线指向(天线指向指天线的法向)的夹角θ，然后通过夹角θ查询雷达天线方向图可知SAR天线增益G，通过雷达方程计算得到雷达收到地面模拟目标反射的回波信号的空间衰减为
到达卫星SAR天线时的回波信号增益
(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
已知SAR雷达在发射一串脉冲，每个发射脉冲p(t)都具有相位编码，则写出：
p(t)＝a(t)cos(ωt-φ(t))
式中，a(t)是定义在区间(0,Δ)上的矩形窗函数，Δ为脉冲宽度，即
φ(t)是定义在区间(0,Δ)上的相位调制函数，ω是载频。
设一个点目标距雷达的距离为r1(t)，则其回波信号s(t)可以表示为
式中，σ是点目标的雷达截面积，c是光速，Gθ[t-r1(t)/c]是SAR到该点目标方向的雷达天线增益
(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
SAR场景是由很多点目标按照一定规律分布组成的面目标，若已知场景共由k个点组成，则回波信号的数学模型如下：
(7)用步骤(6)建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号；
实现时首先由FPGA芯片按照步骤6的数学模型生成基带回波数字信号，然后将基带回波数字信号通过LVDS接口传输给DAC芯片，由DAC芯片进行数模转换得到基带回波模拟信号，再由上变频，得到对应频点的射频回波信号，再经过功率放大得到SAR卫星在轨真实的回波信号。
本发明一种SAR卫星雷达回波模拟系统，包括：获取模块、第一确定模块、第二确定模块、计算模块、第一建模模块、第二建模模块、回波信号生成模块；
获取模块，获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度和加速度信息；
第一确定模块，获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
第二确定模块，利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
计算模块，计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
第一建模模块，设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
第二建模模块，通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
回波信号生成模块，用第二建模模块建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号。
本发明一种基于SAR卫星雷达回波模拟的存储介质，存储了综合权衡优化程序，该程序按照如下步骤运行：
(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度、加速度信息和卫星姿态角度信息。为了确保数据的精准，根据卫星运行轨道，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个时刻的J2000惯性坐标系下位置p(nT)、速度v(nT)、加速度a(nT)，时间间隔为T，T＝20ms，生成PVT表格，该方法可以为回波模拟提供高精度的输入数据，提高模拟精度。
通过GPS仿真器输出的秒脉冲信号获取精准的当前时刻。GPS仿真器属于地面测试设备，输出高精度高稳定的整秒脉冲信号，精度达到ns级，SAR卫星在地面测试阶段主要通过GPS仿真器为整个地面测试系统授时，完成时间同步。
上面所述固定时间段的长度为T；固定时间段，包括开始时刻和结束时刻，相邻的两个固定时间段，第一个固定时间段的结束时刻也就是第二个固定时间段的开始时刻；一个固定时间段的开始时刻和结束时刻之间为固定时间段时间长度。
(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
为了确保获得数据的准确性，根据卫星下传的姿态角度和天线安装角度，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个固定时间间隔T(T＝20ms)的J2000惯性坐标系下的天线指向，生成天线指向数据表格，利用插值算法可以获得任意当前时刻的天线指向。
(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
设SAR卫星安装的合成孔径雷达发出脉冲的脉冲周期为Tr，Tr小于T，获得卫星当前时刻所在的固定时间段，根据固定时间段的开始时刻的SAR卫星在J2000惯性坐标系下的位置(x0,y0,z0)、速度(vx0,vy0,vz0)、加速度(ax0,ay0,ay0)，得到雷达发出每个脉冲的时刻对应的SAR卫星位置(xi,yi,zi)，其中：
i为脉冲的序号，i＝1，2，3…N，N为合成孔径雷达发出脉冲的总数。
(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
设每个脉冲发射时卫星在J2000惯性坐标系下的位置(xi,yi,zi)，设地面模拟目标的位置(xe,ye,ze),从而得到每个脉冲发射时刻卫星与地面模拟目标之间的距离：
其中，n*Tr+脉冲宽度<2*li(t)/c<(n+1)*Tr,Tr为脉冲的脉冲周期。
通过卫星合成孔径雷达天线指向，即可得到地面模拟目标和卫星SAR天线中心形成的直线与天线指向(天线指向指天线的法向)的夹角θ，然后通过夹角θ查询雷达天线方向图可知SAR天线增益G，通过雷达方程计算得到雷达收到地面模拟目标反射的回波信号的空间衰减为
到达卫星SAR天线时的回波信号增益
(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
已知SAR雷达在发射一串脉冲，每个发射脉冲p(t)都具有相位编码，则写出：
p(t)＝a(t)cos(ωt-φ(t))
式中，a(t)是定义在区间(0,Δ)上的矩形窗函数，Δ为脉冲宽度，即
φ(t)是定义在区间(0,Δ)上的相位调制函数，ω是载频。
设一个点目标距雷达的距离为r1(t)，则其回波信号s(t)可以表示为
式中，σ是点目标的雷达截面积，c是光速，Gθ[t-r1(t)/c]是SAR到该点目标方向的雷达天线增益
(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
SAR场景是由很多点目标按照一定规律分布组成的面目标，若已知场景共由k个点组成，则回波信号的数学模型如下：
(7)用步骤(6)建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号；
实现时首先由FPGA芯片按照步骤6的数学模型生成基带回波数字信号，然后将基带回波数字信号通过LVDS接口传输给DAC芯片，由DAC芯片进行数模转换得到基带回波模拟信号，再由上变频，得到对应频点的射频回波信号，再经过功率放大得到SAR卫星在轨真实的回波信号。
本发明优选的的一种存储了指令的非暂态计算机可读介质，当所述指令被至少一个处理器执行时，使得所述处理器执行：
(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度、加速度信息和卫星姿态角度信息。为了确保数据的精准，根据卫星运行轨道，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个时刻的J2000惯性坐标系下位置p(nT)、速度v(nT)、加速度a(nT)，时间间隔为T，T＝20ms，生成PVT表格，该方法可以为回波模拟提供高精度的输入数据，提高模拟精度。
通过GPS仿真器输出的秒脉冲信号获取精准的当前时刻。GPS仿真器属于地面测试设备，输出高精度高稳定的整秒脉冲信号，精度达到ns级，SAR卫星在地面测试阶段主要通过GPS仿真器为整个地面测试系统授时，完成时间同步。
上面所述固定时间段的长度为T；固定时间段，包括开始时刻和结束时刻，相邻的两个固定时间段，第一个固定时间段的结束时刻也就是第二个固定时间段的开始时刻；一个固定时间段的开始时刻和结束时刻之间为固定时间段时间长度。
(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向；
为了确保获得数据的准确性，根据卫星下传的姿态角度和天线安装角度，运用STK软件仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行7天内的每个固定时间间隔T(T＝20ms)的J2000惯性坐标系下的天线指向，生成天线指向数据表格，利用插值算法可以获得任意当前时刻的天线指向。
(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
设SAR卫星安装的合成孔径雷达发出脉冲的脉冲周期为Tr，Tr小于T，获得卫星当前时刻所在的固定时间段，根据固定时间段的开始时刻的SAR卫星在J2000惯性坐标系下的位置(x0,y0,z0)、速度(vx0,vy0,vz0)、加速度(ax0,ay0,ay0)，得到雷达发出每个脉冲的时刻对应的SAR卫星位置(xi,yi,zi)，其中：
i为脉冲的序号，i＝1，2，3…N，N为合成孔径雷达发出脉冲的总数。
(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益；
设每个脉冲发射时卫星在J2000惯性坐标系下的位置(xi,yi,zi)，设地面模拟目标的位置(xe,ye,ze),从而得到每个脉冲发射时刻卫星与地面模拟目标之间的距离：
其中，n*Tr+脉冲宽度<2*li(t)/c<(n+1)*Tr,Tr为脉冲的脉冲周期。
通过卫星合成孔径雷达天线指向，即可得到地面模拟目标和卫星SAR天线中心形成的直线与天线指向(天线指向指天线的法向)的夹角θ，然后通过夹角θ查询雷达天线方向图可知SAR天线增益G，通过雷达方程计算得到雷达收到地面模拟目标反射的回波信号的空间衰减为
到达卫星SAR天线时的回波信号增益
(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
已知SAR雷达在发射一串脉冲，每个发射脉冲p(t)都具有相位编码，则写出：
p(t)＝a(t)cos(ωt-φ(t))
式中，a(t)是定义在区间(0,Δ)上的矩形窗函数，Δ为脉冲宽度，即
φ(t)是定义在区间(0,Δ)上的相位调制函数，ω是载频。
设一个点目标距雷达的距离为r1(t)，则其回波信号s(t)可以表示为
式中，σ是点目标的雷达截面积，c是光速，Gθ[t-r1(t)/c]是SAR到该点目标方向的雷达天线增益
(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型；
SAR场景是由很多点目标按照一定规律分布组成的面目标，若已知场景共由k个点组成，则回波信号的数学模型如下：
(7)用步骤(6)建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号；
实现时首先由FPGA芯片按照步骤6的数学模型生成基带回波数字信号，然后将基带回波数字信号通过LVDS接口传输给DAC芯片，由DAC芯片进行数模转换得到基带回波模拟信号，再由上变频，得到对应频点的射频回波信号，再经过功率放大得到SAR卫星在轨真实的回波信号。
本发明技术效果显著，在通过GPS仿真器输出的整秒秒冲信号获取卫星当前时刻的方法，可以获取高精度和高稳定度的时间信息；通过查询PVT表格数据，然后利用插值算法获得当前卫星准确的位置、速度和加速度信息，能够大幅度提高回波模拟数据的精度和真实性；通过查询天线方向图计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益可以提高模拟回波的功率精度；根据卫星下传的姿态信息确定卫星当前天线角度指向的方法获得的数据更加精准，且可以使得后续回波信号模拟更加快速；通过多点目标叠加形成SAR场景的方法可以更加快捷地生成不同样式的场景。
Claims (5)
1.一种SAR卫星雷达回波模拟方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)获取SAR卫星在轨运行固定时间段的每个时刻的位置、速度和加速度信息，步骤如下：
根据卫星运行轨道，仿真计算得出卫星从星箭分离后在轨运行的每个时刻的J2000惯性坐标系下位置p、速度v、加速度a，时间间隔为T，T＝20ms，生成PVT表格；
(2)获取卫星工作姿态信息，确定卫星当前天线指向，步骤如下；
通过卫星实时下传数据获得卫星当前时刻的滚动角、俯仰角和偏航角以及滚动角速度、俯仰角速度和偏航角速度，通过坐标转换根据SAR天线安装角度和获得卫星当前时刻的滚动角、俯仰角和偏航角以及滚动角速度、俯仰角速度和偏航角速度，计算当前时刻SAR卫星上安装的SAR天线指向；
(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息；
(4)计算卫星与地面模拟目标之间的回波增益，步骤如下；
设每个脉冲发射时卫星在J2000惯性坐标系下的位置(xi,yi,zi)，设地面模拟目标的位置(xe,ye,ze),从而得到每个脉冲发射时刻卫星与地面模拟目标之间的距离：
通过卫星合成孔径雷达天线指向，即可得到地面模拟目标和卫星SAR天线中心形成的直线与天线指向的夹角θ即，然后通过夹角θ查询雷达天线方向图可知，雷达收到地面模拟目标反射的回波信号到达卫星SAR天线时的回波信号增益Ga，回波信号为脉冲；
(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
(6)通过多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，步骤如下；
若已知场景共由k个点组成，则回波信号的数学模型如下：
(7)用步骤(6)建立的多点目标回波叠加形成SAR场景的回波信号模型，实时生成SAR卫星在轨真实的回波信号。
2.根据权利要求1所述的一种SAR卫星雷达回波模拟方法，其特征在于：所述固定时间段的长度为T；固定时间段，包括开始时刻和结束时刻，相邻的两个固定时间段，第一个固定时间段的结束时刻也就是第二个固定时间段的开始时刻；一个固定时间段的开始时刻和结束时刻之间为固定时间段时间长度。
3.根据权利要求1所述的一种SAR卫星雷达回波模拟方法，其特征在于：所述步骤(3)利用插值算法得出当前时刻卫星的位置、速度、加速度信息，步骤如下；
设SAR卫星安装的合成孔径雷达发出脉冲的脉冲周期为Tr，Tr小于T，获得卫星当前时刻所在的固定时间段，根据固定时间段的开始时刻的SAR卫星在J2000惯性坐标系下的位置x0,y0,z0、速度vx0,vy0,vz0、加速度ax0,ay0,ay0，得到雷达发出每个脉冲的时刻对应的SAR卫星位置(xi,yi,zi)，其中：
i为脉冲的序号，i＝1，2，3…N，N为合成孔径雷达发出脉冲的总数。
4.根据权利要求1所述的一种SAR卫星雷达回波模拟方法，其特征在于：所述步骤(5)设定地面模拟目标为点目标，建立该点目标的回波信号模型；
已知SAR雷达在发射一串脉冲，每个发射脉冲p(t)都具有相位编码，则写出：
p(t)＝a(t)cos(ωt-φ(t))
式中，a(t)是定义在区间(0,Δ)上的矩形窗函数，Δ为脉冲宽度，即
φ(t)是定义在区间(0,Δ)上的相位调制函数，ω是载频；
设一个点目标距雷达的距离为r1(t)，则其回波信号s(t)可以表示为
式中，σ是点目标的雷达截面积，c是光速，Gθ[t-r1(t)/c]是SAR到该点目标方向的雷达天线增益。
5.一种基于SAR卫星雷达回波模拟的存储介质，其特征在于：存储了综合权衡优化程序，该程序按照权利要求1-4中任一项所述方法运行。
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