CN112198482B - 星载超高分辨率sar徙动精确控制的连续变脉冲间隔生成方法 - Google Patents

星载超高分辨率sar徙动精确控制的连续变脉冲间隔生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了星载超高分辨率SAR的连续变脉冲间隔生成方法，涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)技术领域，能够解决超高分辨率SAR连续变脉冲间隔设计工具不方便的问题。本发明的技术方案包括如下步骤：获取脉冲间隔的最大值和最小值。绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图。避免有效回波与发射脉冲重叠，以及避免有效回波与星下点回波重叠，绘制可行域子图。将所述候选子图和所述可行域子图重叠，得到叠带图。对需要分段处理的叠带图进行分段处理。在所述叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在所述叠带图里的表示。生成连续变脉冲间隔序列。

Description

星载超高分辨率SAR徙动精确控制的连续变脉冲间隔生成 方法
技术领域
本发明涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)技术领域，具体涉及星载超高分辨率SAR的连续变脉冲间隔生成方法。
背景技术
星载SAR系统的波位设计是关系到完整有效接收回波信号的关键步骤。设计发射脉冲间隔需要避免有效回波被发射脉冲遮挡而损失部分接收回波，另外，SAR系统天线的副瓣产生的星下点回波斜距短、能量强，也会影响目标成像质量。传统的方法是采用均匀的脉冲间隔发射信号，使有效回波避免被发射脉冲遮挡或者与星下点回波重叠，但对于超高分辨率的星载滑动聚束SAR，这种有效的均匀脉冲间隔阵列可能不存在，并且高分辨率模式下雷达与场景间斜距变化大，距离徙动大，使用同一频率的发射脉冲会产生巨大的数据量，影响处理效率。
非均匀连续变化的脉冲间隔阵列更适用于超高分辨率模式，通过不断调整脉冲间隔长度来抵消严重的斜距变化。连续变脉冲间隔技术通过控制每个脉冲接收时的脉冲间隔，使每个脉冲被接收时刻处在发射脉冲间隙中，并且避开与星下点回波重叠。传统的斑马图没有考虑连续变脉冲间隔的生成过程，因此需要迭代计算，不适用于设计连续变脉冲间隔阵列。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了星载超高分辨率SAR的连续变脉冲间隔生成方法，能够解决超高分辨率SAR连续变脉冲间隔设计工具不方便的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：
获取脉冲间隔的最大值和最小值。
绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图。
避免有效回波与发射脉冲重叠，以及避免有效回波与星下点回波重叠，绘制可行域子图。
将候选子图和可行域子图重叠，得到叠带图。
对需要分段处理的叠带图进行分段处理。
在叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在叠带图里的表示。
生成连续变脉冲间隔序列。
在叠带图中画线段，原则为：
原则(1)所画线段为两端点分别与候选条带的上下两个边界相接的直线段或者曲线段，且完全处在候选子图中候选条带和可行域子图中可行域条带重叠区域。
原则(2)不分段的线段两端点与一个候选条带的上下两个边界相接；分段时的线段外侧端点和一个候选条带的上下两个边界相接，中间部分的端点和相邻端点与同一条iso-Rc曲线相接。
其中iso-Rc曲线为：超高分辨率星载SAR滑动聚束模式一次回波在发射到接收的过程中，脉冲间隔PI、斜距Rc和参数η的关系式为：
其中l表示卫星的飞行时方位向的采样时刻，Rc(l)为l时刻波束中心斜距；PI(l)为l时刻的脉冲间隔，c为光速；其中当Rc(l)与Me为固定值时，式(5)为一条曲线，称为iso-Rc曲线。
原则(3)线段与每一条iso-Rc曲线只能有一个交点。
原则(4)使得感兴趣区域回波的距离徙动最小。
进一步地，获取脉冲间隔的最大值和最小值，具体为：
脉冲间隔的最大值由最大瞬时多普勒带宽决定，即脉冲间隔最大值PImax为：
其中，λ为波长，Vs为雷达运动速度，θ为方位向波束宽度；
脉冲间隔的下限由脉冲宽度和接收到的感兴趣区域回波宽度决定，即脉冲间隔最小值PImin为：
PImin＝τw+Tp+2τg (2)
其中，τw为有效回波的最大宽度，Tp为脉冲宽度，τg为保护区间。
进一步地，绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图，具体包括如下步骤：
首先根据脉冲间隔最大值PImax和脉冲间隔最小值PImin计算出模糊数的上限Memax和下限Memin；
其中，Rcmax和Rcmin为波束中心斜距的最大值和最小值，Me为有效回波的模糊数。
一段脉冲间隔由发射脉冲中间时刻为起始点时，以τc为感兴趣区域回波的中心与其所在的脉冲间隔前端发射脉冲之间的时延，回波在一段脉冲间隔内的相对位置为回波位置参数η：
PI为脉冲间隔。
超高分辨率星载SAR滑动聚束模式一次回波在发射到接收的过程中，脉冲间隔PI、斜距Rc和参数η的关系式为：
其中l表示卫星的飞行时方位向的采样时刻，Rc(l)为l时刻波束中心斜距；PI(l)为l时刻的脉冲间隔；其中当Rc(l)与Me为固定值时，式(5)为一条曲线，称为iso-Rc曲线。
对于给定的参数η和模糊数Me，每一个Rc都对应着一个脉冲间隔，由此可以绘制横坐标为参数η，纵坐标为PI的候选条带，如果η从0到1变化，PI的最大值和最小值也会随之变化，形成候选条带；设定不同的模糊数Me，得到不同的候选条带，最终形成候选子图。
进一步地，避免有效回波与发射脉冲重叠和与星下点回波重叠，绘制可行域子图，具体为：
为了避免有效回波与发射脉冲重叠，参数η应该满足：
转换为脉冲间隔的满足条件为：
由此计算出参数η从0到1变化过程中，有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围。
则有效回波的前沿在脉冲间隔中的相对位置τF和有效回波的后沿在脉冲间隔中的相对位置τE为：
为了避免有效回波与星下点回波重叠，有效回波的后沿满足小于星下点回波的前沿，有效回波的前沿在下一段脉冲间隔的相应位置满足大于星下点回波的后沿，即需要满足条件：
其中τh为星下点回波宽度，H为轨道高度，k为正整数，k的范围为：
其中，Ω1为第一指代参数；Ω2为第二指代参数。
根据k的范围，获取有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围。
取有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围与有效回波不与星下点回波重叠的对应脉冲间隔的范围的重叠部分形成可行域条带，其余部分为不可行域条带，由此绘制可行区域子图。
进一步地，对需要分段处理的叠带图进行分段处理；
判断叠带图是否需要进行分段处理，若存在满足原则(1)的线段，则无需分段，否则需要进行分段处理；
分段处理具体为：
先找出不可行域条带和候选条带上边界最右侧的端点M1(PI1,η1)，以及下边界最左侧的端点M2(PI2,η2)；PI1,η1分别为端点M1的脉冲间隔PI取值和参数η取值，PI2,η2分别为端点M2的脉冲间隔PI取值和参数η取值。
把M1(PI1,η1)带入式(5)求出对应斜距Rc取值Rc1，再把η2和Rc1带入式(5)求得PI2’，若PI2’的值大于PI2，则说明当前候选条带不能用来设计脉冲间隔，继续选择其他候选条带。
选择到合适的候选条带后，选取一个特定的斜距取值Rc0，特定的斜距取值Rc0选取方式为：在不可行域条带上边界右侧选择一个点，带入式(5)求出对应Rc0，在叠带图中画曲线A，曲线A方程为：
若曲线A若穿过不可行域条带的上下边界，则求得曲线A与上下边界的交点分别为D1和D2；在曲线A上，D1右侧的点作为一条分段线段一个端点，D1对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得当前条分段线段；D2左侧的点作为另一条分段线段的一个端点，D2对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得另一条分段线段。
若曲线A没有穿过不可行域条带的上下边界，重新选择Rc0，重新在叠带图中画曲线A，直至曲线A穿过不可行域条带的上下边界。
进一步地，在叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在叠带图里的表示，具体为：
若要使感兴趣区域回波的徙动最小化，则构建如下公式
PIη＝G (17)
其中G为常数，先在准备画线段的候选条带上边界上选择一点P1(PI10,η10)，以确定G的值，再将Rc用候选条带下边界对应的波束中心斜距Rcdown代替，若不分段直接代入Rcmin，分段则在候选条带下边界选择一个点确定波束中心斜距，则：
η2代入式(17)得到P2(PI20,η20)；
令候选条带的上边界和不可行域条带的下边界的交点，或iso-Rc曲线与不可行域条带下边界的交点为P3(PI3,η3)，候选条带的下边界和不可行域条带的上边界交点，或下一条iso-Rc曲线与不可行域条带上边界的交点为P4(PI4,η4)，由P3和Rcdown得到的点为P3’(PI3’,η3’)，只有当P3’在P4右侧时才能画出一条没有距离徙动的双曲线，当P4在P3’右侧时，此时P3’(PI3’,η3’)处于不可行域条带中，不符合原则(1)，则不能在图上画出一条无距离徙动的双曲线，此时画一条连接P3和P4的斜线段L2，使得距离徙动最小。
斜线段的方程表示为：PI＝b1η+b0；
其中，斜线段方程的第一系数为
斜线段方程的第二系数为
进一步地，生成连续变脉冲间隔序列，具体为：
若没有分段，在叠带图中画好线段，使用多项式建模求解连续变脉冲间隔序列，令连续变脉冲间隔序列为：
PI(t)＝σ0+σ1t+σ2t2+σ3t3
其中，σ0，σ1，σ2，σ3分别为0号、1号、2号以及3号系数，均为未知值；
根据第1～q时刻t1～tq的脉冲间隔PI(t1)～PI(tq)、斜距Rc(t1)～Rc(tq)和参数η(t1)～η(tq)构建矩阵方程：
AB＝X；
其中A为时间矩阵，B为系数向量，X为脉冲间隔向量。
求解系数σ0，σ1，σ2，σ3，最终，利用求得的系数生成连续变脉冲间隔序列；
在分段的情况下，进行分段拟合，分割候选条带的iso-Rc曲线对应共N个波束中心斜距为Rc,1，Rc,2，Rc,3……Rc,N，分割得到N+1条分线段，则第n条线段对应的续变脉冲间隔序列为PIn(t)，n取1～N，Rc,0＝Rcmax；Rc,N+1＝Rcmin
PIn(t)＝σ0,n+σ1,nt+σ2,nt2+σ3,nt3 t(Rc,n-1)<t<t(Rc,n) (26)
其中σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n对应为n条分线段对应的第0～第3系数，均为未知的系数。
根据第n条分线段第1～q时刻t1,n～tq,n的脉冲间隔PI(t1,n)～PI(tq,n)、斜距Rc(t1,n)～Rc(tq,n)和参数η(t1,n)～η(tq,n)构建矩阵方程。
构建矩阵方程为：
AnBn＝Xn (27)
其中An为第n个方程的时间矩阵，Bn为第n个方程的系数向量，Xn为第n个方程的脉冲间隔向量。
求解得到第n条分线段对应的第0～第3系数σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n，最终，利用每条分线段求得的系数生成第n段的连续变脉冲间隔序列。
有益效果：
本发明针对超高分辨率连续变脉冲间隔的设计提出了一种新的图形化工具，称为叠带图，是一种基于叠带图的星载超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计方法，可实现感兴趣区域回波徙动精确控制，无需迭代运算，有着极大的理论和工程价值。
附图说明
图1是本发明面向星载超高分辨率SAR徙动精确控制的连续变脉冲间隔方法的流程图；
图2是星载超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计“候选子图”；
图3是星载超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计“可行域子图”；
图4是星载超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计叠带图；
图5星载超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计分段画线段示意图；
图6是叠带图画线段示意图，其中(a)为叠带图中的曲线段，(b)为叠带图中的直线段；
图7是实验一的连续变脉冲间隔设计结果，其中(a)为设计的PI在叠带图中的表示，(b)为设计的PI随方位时间的变化曲线，(c)为设计结果生成的回波；
图8是实验二的连续变脉冲间隔设计结果，其中(a)为设计的PI在叠带图中的表示；(b)为设计的PI随方位时间的变化曲线；(c)为设计结果生成的回波；
图9是实验三的连续变脉冲间隔设计结果其中(a)为设计的PI在叠带图中的表示；(b)为设计的PI随方位时间的变化曲线；(c)为设计结果生成的回波。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了星载超高分辨率SAR徙动精确控制的连续变脉冲间隔方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1、获取脉冲间隔的最大值和最小值；具体为：
脉冲间隔的最大值由最大瞬时多普勒带宽决定，即脉冲间隔最大值PImax为：
其中，λ为波长，Vs为雷达运动速度，θ为方位向波束宽度；
脉冲间隔的下限由脉冲宽度和接收到的感兴趣区域回波宽度决定，即脉冲间隔最小值PImin为：
PImin＝τw+Tp+2τg (2)
其中，τw为有效回波的最大宽度，Tp为脉冲宽度，τg为保护区间。
S2、绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图；具体包括如下步骤：
首先根据脉冲间隔最大值PImax和脉冲间隔最小值PImin计算出模糊数的上限Memax和下限Memin；
其中，Rcmax和Rcmin为波束中心斜距的最大值和最小值，Me为有效回波的模糊数；
一段脉冲间隔由发射脉冲中间时刻为起始点时，以τc为感兴趣区域回波的中心与其所在的脉冲间隔前端发射脉冲之间的时延，回波在一段脉冲间隔内的相对位置为回波位置参数η：
PI为脉冲间隔；
超高分辨率星载SAR滑动聚束模式一次回波在发射到接收的过程中，脉冲间隔PI、斜距Rc和参数η的关系式为：
其中l表示卫星的飞行时方位向的采样时刻，Rc(l)为l时刻波束中心斜距；PI(l)为l时刻的脉冲间隔；其中当Rc(l)与Me为固定值时，式(5)为一条曲线，称为iso-Rc曲线；可利用上式绘制如图2所示的“候选子图”。
对于给定的参数η和模糊数Me，每一个Rc都对应着一个脉冲间隔，由此可以绘制横坐标为参数η，纵坐标为PI的候选条带，如果η从0到1变化，PI的最大值和最小值也会随之变化，形成候选条带；设定不同的模糊数Me，得到不同的候选条带，最终形成候选子图。
S3、避免有效回波与发射脉冲重叠，以及避免有效回波与星下点回波重叠，绘制可行域子图；具体为：
为了避免有效回波与发射脉冲重叠，参数η应该满足：
转换为脉冲间隔的满足条件为：
由此计算出参数η从0到1变化过程中，有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围；
则有效回波的前沿在脉冲间隔中的相对位置τF和有效回波的后沿在脉冲间隔中的相对位置τE为：
为了避免有效回波与星下点回波重叠，有效回波的后沿满足小于星下点回波的前沿，有效回波的前沿在下一段脉冲间隔的相应位置满足大于星下点回波的后沿，即需要满足条件：
其中τh为星下点回波宽度，H为轨道高度，k为正整数，k的范围为：
其中，Ω1为第一指代参数；Ω2为第二指代参数；
根据k的范围，获取有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围；
取有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围与有效回波不与星下点回波重叠的对应脉冲间隔的范围的重叠部分形成可行域条带，其余部分为不可行域条带，由此绘制可行区域子图。
得到的“可行域子图”如图3所示，其中左边和右边的深色区域是产生发射脉冲遮挡的区域，中间的深色带是有效回波与星下点回波混叠的区域，这些条带称为“不可行域条带”，其余部分称为“可行域条带”。
S4、将候选子图和可行域子图重叠，得到叠带图；如图4所示，把“候选子图”和“可行域子图”重叠，得到了叠带图。
S5、对需要分段处理的叠带图进行分段处理；判断叠带图是否需要进行分段处理，若存在满足原则(1)的线段，则无需分段，否则需要进行分段处理：
如图5所示，先找出不可行域条带和候选条带上边界最右侧的端点M1(PI1,η1)，以及下边界最左侧的端点M2(PI2,η2)；PI1,η1分别为端点M1的脉冲间隔PI取值和参数η取值，PI2,η2分别为端点M2的脉冲间隔PI取值和参数η取值，
把M1(PI1,η1)带入式(5)求出对应斜距Rc取值Rc1，再把η2和Rc1带入式(5)求得PI2’，若PI2’的值大于PI2，则说明当前候选条带不能用来设计脉冲间隔，继续选择其他候选条带；
选择到合适的候选条带后，选取一个特定的斜距取值Rc0，特定的斜距取值Rc0选取方式为：在不可行域条带上边界右侧选择一个点，带入式(5)求出对应Rc0，在叠带图中画曲线A，曲线A方程为：
若曲线A若穿过不可行域条带的上下边界，则求得曲线A与上下边界的交点分别为D1和D2。
则可以进一步利用式(15)和式(16)求得其与上下边界的交点。
在曲线A上，D1右侧的点作为一条分段线段一个端点，D1对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得当前条分段线段；D2左侧的点作为另一条分段线段的一个端点，D2对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得另一条分段线段。
若曲线A没有穿过不可行域条带的上下边界，重新选择Rc0，重新在叠带图中画曲线A，直至曲线A穿过不可行域条带的上下边界。
S6、在叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在叠带图里的表示；在叠带图中画线段，原则为：
原则(1)所画线段为两端点分别与候选条带的上下两个边界相接的直线段或者曲线段，且完全处在候选子图中候选条带和可行域子图中可行域条带重叠区域；
原则(2)不分段的线段两端点与一个候选条带的上下两个边界相接；分段时的线段外侧端点和一个候选条带的上下两个边界相接，中间部分的端点和相邻端点与同一条iso-Rc曲线相接；
其中iso-Rc曲线为：超高分辨率星载SAR滑动聚束模式一次回波在发射到接收的过程中，脉冲间隔PI、斜距Rc和参数η的关系式为：
其中l表示卫星的飞行时方位向的采样时刻，Rc(l)为l时刻波束中心斜距；PI(l)为l时刻的脉冲间隔，c为光速；其中当Rc(l)与Me为固定值时，式(5)为一条曲线，称为iso-Rc曲线；
原则(3)线段与每一条iso-Rc曲线只能有一个交点；
原则(4)使得感兴趣区域回波的距离徙动最小。
在叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在叠带图里的表示；，具体为：
若要使感兴趣区域回波的徙动最小化，则构建如下公式
PIη＝G (17)
其中G为常数，先在准备画线段的候选条带上边界上选择一点P1(PI10,η10)，以确定G的值，再将Rc用候选条带下边界对应的波束中心斜距Rcdown代替，若不分段直接代入Rcmin，分段则在候选条带下边界选择一个点确定波束中心斜距，则：
η2代入式(17)得到P2(PI20,η20)；
令候选条带的上边界和不可行域条带的下边界的交点，或iso-Rc曲线与不可行域条带下边界的交点为P3(PI3,η3)，候选条带的下边界和不可行域条带的上边界交点，或下一条iso-Rc曲线与不可行域条带上边界的交点为P4(PI4,η4)，由P3和Rcdown得到的点为P3’(PI3’,η3’)，只有当P3’在P4右侧时才能画出一条没有距离徙动的双曲线，当P4在P3’右侧时，此时P3’(PI3’,η3’)处于不可行域条带中，不符合原则(1)，则不能在图上画出一条无距离徙动的双曲线，此时画一条连接P3和P4的斜线段L2，使得距离徙动最小。
斜线段的方程表示为：
PI＝b1η+b0 (20)
其中，斜线段方程的第一系数为
斜线段方程的第二系数为
S7、生成连续变脉冲间隔序列；具体为：
若没有分段，在叠带图中画好线段，使用多项式建模求解连续变脉冲间隔序列，令连续变脉冲间隔序列为：
PI(t)＝σ0+σ1t+σ2t2+σ3t3 (23)
其中，σ0，σ1，σ2，σ3分别为0号、1号、2号以及3号系数，均为未知值；
根据第1～q时刻t1～tq的脉冲间隔PI(t1)～PI(tq)、斜距Rc(t1)～Rc(tq)和参数η(t1)～η(tq)构建矩阵方程：
AB＝X (24)
其中A为时间矩阵，B为系数向量，X为脉冲间隔向量；
求解系数σ0，σ1，σ2，σ3，最终，利用求得的系数生成连续变脉冲间隔序列；
在分段的情况下，进行分段拟合，分割候选条带的iso-Rc曲线对应共N个波束中心斜距为Rc,1，Rc,2，Rc,3……Rc,N，分割得到N+1条分线段，则第n条线段对应的续变脉冲间隔序列为PIn(t)，n取1～N，Rc,0＝Rcmax；Rc,N+1＝Rcmin
PIn(t)＝σ0,n+σ1,nt+σ2,nt2+σ3,nt3 t(Rc,n-1)<t<t(Rc,n) (26)
其中σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n对应为n条分线段对应的第0～第3系数，均为未知的系数；
根据第n条分线段第1～q时刻t1,n～tq,n的脉冲间隔PI(t1,n)～PI(tq,n)、斜距Rc(t1,n)～Rc(tq,n)和参数η(t1,n)～η(tq,n)构建矩阵方程：
构建矩阵方程为：
AnBn＝Xn (27)
其中An为第n个方程的时间矩阵，Bn为第n个方程的系数向量，Xn为第n个方程的脉冲间隔向量；
求解得到第n条分线段对应的第0～第3系数σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n，最终，利用每条分线段求得的系数生成第n段的连续变脉冲间隔序列。
本发明实施例给出如下具体实施过程：
试验一：绘制曲线段(不分段)的连续变脉冲间隔设计
试验一仿真参数如表1所示。
表1超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计实验一仿真参数列表
这个试验中波束中心斜距的范围是651.9km～698.1km，由于多普勒带宽为2215.6Hz，对应的脉冲间隔最大值为451.4μs。绘制出的叠带图如图7中的(a)所示，其中“候选条带”的模糊数为13，选择η＝0.55的点画出曲线段，对应得到的PI如图7中的(b)所示，接收的回波如图7中的(c)所示，可以看出，这种情况下回波没有距离徙动。
试验二：绘制直线段(不分段)的连续变脉冲间隔设计
试验二仿真参数如表2所示。
表2超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计实验二仿真参数列表
这个试验的波束中心斜距的范围是：651.9km～707.5km，多普勒带宽为2215.6Hz，对应的脉冲间隔最大值为451.4μs。绘制出的叠带图如图8中的(a)所示，其中“候选条带”的模糊数为13，此时的叠带图中不存在符合条件的曲线段，选择η＝0.2的点画出直线段，η的跨度为0.45，对应得到的PI如图8中的(b)所示，接收的回波如图8中的(c)所示，可以看出，接收的回波有少量距离徙动。
试验三：分段线段的连续变脉冲间隔设计
试验三仿真参数如表3所示。
表3超高分辨率SAR连续变脉冲间隔系统设计实验三仿真参数列表
参数名称 数值 单位
波段 X -
轨道高度 500 km
方位向波束宽度 0.18 度
卫星速度 7617 m/s
下视角 38.2 度
脉冲宽度 20 μs
方位向幅宽 9 km
距离向幅宽 6 km
这个试验中波束中心斜距的范围是651.95km～866.91km，由于多普勒带宽为1595.2Hz，对应的脉冲间隔最大值为522.4μs。绘制出的叠带图如图9(a)所示，其中“候选条带”的模糊数为11，由于不能用一段线段表示PI，分为三段画出如图9中的(a)所示的直线段，对应的PI得到如图9中的(b)所示，接收的回波如图9中的(c)所示，可以看出，接收的回波有少量距离徙动。
三个试验结果可以说明本方法的便捷性与有效性。
综上所述，以上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.星载超高分辨率SAR徙动精确控制的连续变脉冲间隔生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取脉冲间隔的最大值和最小值；
绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图；
避免有效回波与发射脉冲重叠，以及避免有效回波与星下点回波重叠，绘制可行域子图；
将所述候选子图和所述可行域子图重叠，得到叠带图；
对需要分段处理的叠带图进行分段处理；
在所述叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在所述叠带图里的表示；
生成连续变脉冲间隔序列；
所述在所述叠带图中画线段，原则为：
原则(1)所画线段为两端点分别与候选条带的上下两个边界相接的直线段或者曲线段，且完全处在所述候选子图中候选条带和可行域子图中可行域条带重叠区域；
原则(2)不分段的线段两端点与一个候选条带的上下两个边界相接；分段时的线段外侧端点和一个候选条带的上下两个边界相接，中间部分的端点和相邻端点与同一条iso-Rc曲线相接；
其中iso-Rc曲线为：超高分辨率星载SAR滑动聚束模式一次回波在发射到接收的过程中，脉冲间隔PI、斜距Rc和参数η的关系式为：
其中l表示卫星的飞行时方位向的采样时刻，Rc(l)为l时刻波束中心斜距；PI(l)为l时刻的脉冲间隔，c为光速；其中当Rc(l)与Me为固定值时，式(5)为一条曲线，称为iso-Rc曲线；
原则(3)线段与每一条iso-Rc曲线只能有一个交点；
原则(4)使得感兴趣区域回波的距离徙动最小。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取脉冲间隔的最大值和最小值，具体为：
脉冲间隔的最大值由最大瞬时多普勒带宽决定，即脉冲间隔最大值PImax为：
其中，λ为波长，Vs为雷达运动速度，θ为方位向波束宽度；
脉冲间隔的下限由脉冲宽度和接收到的感兴趣区域回波宽度决定，即脉冲间隔最小值PImin为：
PImin＝τw+Tp+2τg (2)
其中，τw为有效回波的最大宽度，Tp为脉冲宽度，τg为保护区间。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述绘制每个模糊数对应的候选条带，形成候选子图，具体包括如下步骤：
首先根据脉冲间隔最大值PImax和脉冲间隔最小值PImin计算出模糊数的上限Memax和下限Memin；
其中，Rcmax和Rcmin为波束中心斜距的最大值和最小值，Me为有效回波的模糊数；
一段脉冲间隔由发射脉冲中间时刻为起始点时，以τc为感兴趣区域回波的中心与其所在的脉冲间隔前端发射脉冲之间的时延，回波在一段脉冲间隔内的相对位置为回波位置参数η：
PI为脉冲间隔；
对于给定的参数η和模糊数Me，每一个Rc都对应着一个脉冲间隔，由此可以绘制横坐标为参数η，纵坐标为PI的候选条带，如果η从0到1变化，PI的最大值和最小值也会随之变化，形成候选条带；设定不同的模糊数Me，得到不同的候选条带，最终形成候选子图。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述避免有效回波与发射脉冲重叠和与星下点回波重叠，绘制可行域子图，具体为：
为了避免有效回波与发射脉冲重叠，参数η应该满足：
转换为脉冲间隔的满足条件为：
由此计算出参数η从0到1变化过程中，有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围；
则有效回波的前沿在脉冲间隔中的相对位置τF和有效回波的后沿在脉冲间隔中的相对位置τE为：
为了避免有效回波与星下点回波重叠，有效回波的后沿满足小于星下点回波的前沿，有效回波的前沿在下一段脉冲间隔的相应位置满足大于星下点回波的后沿，即需要满足条件：
其中τh为星下点回波宽度，H为轨道高度，k为正整数，k的范围为：
其中，Ω1为第一指代参数；Ω2为第二指代参数；
根据k的范围，获取有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围；
取所述有效回波不与发射脉冲重叠的对应脉冲间隔的范围与所述有效回波不与星下点回波重叠的对应脉冲间隔的范围的重叠部分形成可行域条带，其余部分为不可行域条带，由此绘制可行区域子图。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对需要分段处理的叠带图进行分段处理；
判断叠带图是否需要进行分段处理，若存在满足原则(1)的线段，则无需分段，否则需要进行分段处理；
分段处理具体为：
先找出所述不可行域条带和候选条带上边界最右侧的端点M1(PI1,η1)，以及下边界最左侧的端点M2(PI2,η2)；PI1,η1分别为端点M1的脉冲间隔PI取值和参数η取值，PI2,η2分别为端点M2的脉冲间隔PI取值和参数η取值，
把M1(PI1,η1)带入式(5)求出对应斜距Rc取值Rc1，再把η2和Rc1带入式(5)求得PI2’，若PI2’的值大于PI2，则说明当前候选条带不能用来设计脉冲间隔，继续选择其他候选条带；
选择到合适的候选条带后，选取一个特定的斜距取值Rc0，所述特定的斜距取值Rc0选取方式为：在不可行域条带上边界右侧选择一个点，带入式(5)求出对应Rc0，在叠带图中画曲线A，曲线A方程为：
若所述曲线A若穿过不可行域条带的上下边界，则求得曲线A与上下边界的交点分别为D1和D2；在曲线A上，D1右侧的点作为一条分段线段一个端点，D1对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得当前条分段线段；D2左侧的点作为另一条分段线段的一个端点，D2对应侧候选条带的边界作为另一端点，划得所述另一条分段线段；
若曲线A没有穿过不可行域条带的上下边界，重新选择Rc0，重新在叠带图中画曲线A，直至曲线A穿过不可行域条带的上下边界。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述叠带图中画线段，得到连续变脉冲间隔序列在所述叠带图里的表示，具体为：
若要使感兴趣区域回波的徙动最小化，则构建如下公式
PIη＝G (17)
其中G为常数，先在准备画线段的候选条带上边界上选择一点P1(PI10,η10)，以确定G的值，再将Rc用候选条带下边界对应的波束中心斜距Rcdown代替，若不分段直接代入Rcmin，分段则在候选条带下边界选择一个点确定波束中心斜距，则：
η2代入式(17)得到P2(PI20,η20)；
令候选条带的上边界和不可行域条带的下边界的交点，或iso-Rc曲线与不可行域条带下边界的交点为P3(PI3,η3)，候选条带的下边界和不可行域条带的上边界交点，或下一条iso-Rc曲线与不可行域条带上边界的交点为P4(PI4,η4)，由P3和Rcdown得到的点为P3’(PI3’,η3’)，只有当P3’在P4右侧时才能画出一条没有距离徙动的双曲线，当P4在P3’右侧时，此时P3’(PI3’,η3’)处于不可行域条带中，不符合原则(1)，则不能在图上画出一条无距离徙动的双曲线，此时画一条连接P3和P4的斜线段L2，使得距离徙动最小；
斜线段的方程表示为：PI＝b1η+b0；
其中，斜线段方程的第一系数为
斜线段方程的第二系数为
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述生成连续变脉冲间隔序列，具体为：
若没有分段，在叠带图中画好线段，使用多项式建模求解连续变脉冲间隔序列，令连续变脉冲间隔序列为：
PI(t)＝σ0+σ1t+σ2t2+σ3t3
其中，σ0，σ1，σ2，σ3分别为0号、1号、2号以及3号系数，均为未知值；
根据第1～q时刻t1～tq的脉冲间隔PI(t1)～PI(tq)、斜距Rc(t1)～Rc(tq)和参数η(t1)～η(tq)构建矩阵方程：
AB＝X；
其中A为时间矩阵，B为系数向量，X为脉冲间隔向量；
求解系数σ0，σ1，σ2，σ3，最终，利用求得的系数生成连续变脉冲间隔序列；
在分段的情况下，进行分段拟合，分割候选条带的iso-Rc曲线对应共N个波束中心斜距为Rc,1，Rc,2，Rc,3……Rc,N，分割得到N+1条分线段，则第n条线段对应的续变脉冲间隔序列为PIn(t)，n取1～N，Rc,0＝Rcmax；Rc,N+1＝Rcmin
PIn(t)＝σ0,n+σ1,nt+σ2,nt2+σ3,nt3 t(Rc,n-1)<t<t(Rc,n) (26)
其中σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n对应为n条分线段对应的第0～第3系数，均为未知的系数；
根据第n条分线段第1～q时刻t1,n～tq,n的脉冲间隔PI(t1,n)～PI(tq,n)、斜距Rc(t1,n)～Rc(tq,n)和参数η(t1,n)～η(tq,n)构建矩阵方程：
构建矩阵方程为：
AnBn＝Xn (27)
其中An为第n个方程的时间矩阵，Bn为第n个方程的系数向量，Xn为第n个方程的脉冲间隔向量；
求解得到第n条分线段对应的第0～第3系数σ0,n，σ1,n，σ2,n，σ3,n，最终，利用每条分线段求得的系数生成第n段的连续变脉冲间隔序列。
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