CN113176569B - Sar系统回波采集的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Sar系统回波采集的控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种SAR系统回波采集的控制方法、装置及系统，其中所述方法包括：在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。

Description

SAR系统回波采集的控制方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，涉及但不限定于SAR系统回波采集的控制方法、装置及系统。
背景技术
在雷达成像系统中，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Rader，SAR)自1951 年发展以来，因为其具有全天时、全天候、不受气候影响的优点，在众多领域都具有广泛应用。
在星载SAR系统中，成像控制单元接收星务计算机指令包，控制数据采集单元完成对目标回波信号的采样，然后由数据采集单元将采样后的回波数据发送给数传分单元，再由数传分单元将回波数据传输到地面。
星载SAR系统的目标回波信号是以一定重复频率的脉冲信号形式存在，数据采集单元以每个脉冲信号的下降沿作为采样起始，完成对雷达信号的采样，然后形成一帧回波数据，并且发送给数传分单元。
发明内容
本申请实施例提供一种SAR系统回波采集的控制方法、装置及系统。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种SAR系统回波采集的控制方法，所述方法包括：
在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；
基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
第二方面，本申请实施例提供一种SAR系统回波采集的控制装置，包括第一获取模块、确定模块和采样模块，其中：
所述第一获取模块，用于在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；
所述确定模块，用于基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
所述采样模块，用于基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
第三方面，本申请实施例提供一种SAR系统，包括：
成像控制单元，用于基于接收的所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
数据采集单元，用于基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
在本申请实施例中，首先，SAR系统的成像控制单元接收到星务计算机的指令包，然后解析出采样起始脉冲参数、采样数据的帧长以及雷达工作的指令，再基于采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码，最后将目标采样起始延时码和采样数据的帧长发送给数据采集单元进行采样。从而灵活有效地控制对所述回波信号进行采样的起始时刻，进一步达到精确采集有效回波，减小系统数据量的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为相关技术中SAR系统回波采集方法的原理示意图；
图2为本申请实施例提供的SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图；
图5A为本申请实施例提供的基于采样起始脉冲参数确定采样起始延时码的流程示意图；
图5B为本申请实施例提供的SAR系统回波采集方法的原理示意图；
图6为本申请实施例提供的一种SAR系统回波采集的控制装置的组成结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种SAR系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
需要指出，本申请实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请实施例所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
聚束模式(Spotlight)是合成孔径雷达最主要的工作模式之一，在这种模式下，因此可获得很高的分辨率。在聚束SAR中，通过控制合成孔径时间内的天线波束指向，使天线波束长时间照射成像区域，获得比条带SAR更大的多普勒带宽。同时由于天线波束始终指向固定的成像区域，使得合成孔径积累时间得以延长，从而实现方位向的高分辨率。
雷达发射机产生信号，放大后通过天线以电磁波的形式辐射出去，遇到目标反射的回波由天线接收，放大并处理后由显示屏幕显示出目标的距离和方向等信息。
采样起始脉冲信号是由星载SAR系统中成像控制单元输出给数据采集单元的控制信号，成像控制单元接收到星务计算机的指令包，然后解析出雷达工作的指令，发送给数据采集单元，指令包中包括采样起始脉冲信号以及数据帧长。数据采集单元在接收到采样起始脉冲信号的下降沿时刻开始对回波的采样，并且根据数据帧长将采样后的一帧完整回波数据发送到数传分单元。也就是说，数据采集单元以每个脉冲信号的下降沿作为采样起始，完成对雷达信号的采样，然后形成一帧回波数据，并且发送给数传分单元。
图1为相关技术中SAR系统回波采集方法的原理示意图。如图1所示，在传统聚束模式成像时，沿着卫星的飞行方向，卫星与目标之间的斜距d随夹角θ的变化在不断的变化，例如夹角θ1对应的斜距为d1，夹角θ2对应的斜距为 d2，夹角θ3应的斜距为d3，夹角θ4对应的斜距为d4。因而接收窗相对于发射窗的延时时间(称为采样起始延时码)也随斜距的变化而不断变化。
如图1所示，以一次成像的最小斜距d5的脉冲信号计算回波采样的起始时刻t0，以最大斜距d1的脉冲信号计算回波采样的结束时刻t1，将这样计算得到的起始时刻t0和结束时刻t1之间的回波数据长度作为采样的数据帧长T，对回波数据进行采集传输。其中，有效数据帧长T0为回波信号持续的时间。在一次成像过程中，有效数据帧长T0的长度是固定的，同时有效数据的出现时间段随着斜距的逐渐减少而越靠近起始时刻t0，随着斜距的逐渐增大而越靠近终止时刻t1，可以看出，有效数据帧长T0范围内的有效数据(图1中窄带区域)在按照采样的数据帧长T采集的所有数据(图1中灰色矩形区域)中的占比很低。
在目前的星载SAR系统中，采样起始脉冲信号以及数据帧长，均由星务计算机的指令包给出。因此，每次成像回波采样的起始时刻均为统一的固定时刻，无法做到跟随每个回波脉冲实时调整。从而导致为了不丢失有效的回波信号，只能以一次成像中斜距最小的脉冲作为采样起始脉冲信号，计算回波采样的起始时刻，以斜距最大的脉冲计算回波采样的结束时刻，将这样计算得到的起始时刻和结束时刻之间的回波数据长度作为数据帧长，对回波数据进行采集传输。从而使得每次成像都会采集到许多无效数据，一次聚束成像过程中最大斜距与最小斜距之间的差越大，传输数据中的有效数据占比越低。
本申请实施例提供一种SAR系统回波采集的控制方法，应用于星载SAR 系统中的成像控制单元，图2为本申请实施例提供的一种SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图，如图2所示，所述方法至少包括以下步骤：
步骤S210，在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；
这里，发射脉冲信号为SAR系统的发射机向地面上的目标发射的PRF (pulserepetition frequency，脉冲重复频率)信号。脉冲重复频率是脉冲雷达信号最重要的特征参数之一。脉冲重复频率是发射脉冲或脉冲组的速率。通常来讲，脉冲重复频率就是每秒发射脉冲的数量，用赫兹(Hz)表示。脉冲重复频率是脉冲重复间隔的倒数。
这里，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；其中，采样起始延时码为接收时间窗口(也称接收窗)到发射时间窗口(也称发射窗)之间的延时时间。发射口为发射脉冲信号的持续时长，与发射脉冲信号的宽度相关。所述采样数据的帧长表征需要采样的回波数据的长度。
可以理解的是，在聚束模式成像时，卫星飞行过程中与目标之间的斜距随夹角的变化在不断的变化，因而有效回波窗相对于发射窗的延时时间即采样起始延时码也随斜距的变化而不断变化。因此，为保证有效回波数据采集，需要实时变更采样起始延时码，按照理论分析，通常经计算出的采样起始延时码的变化趋势可近似为二次曲线。采样起始脉冲参数即为二次曲线的系数。
所述星务计算机是指运行在人造卫星中的计算机，星务计算机是小卫星信息系统核心，主要负责卫星的任务调度和综合信息处理工作；通常星务计算机可以包括存储程序的程序存储区和运行程序的程序运行区。
所述指令包又被称为代码程序，是指星务计算机代码或者星务计算机程序(Computer Program)，星务计算机代码或者星务计算机程序是一组构建计算机程序的指令，即星务计算机所执行的命令。在具体的实践过程中，当星务计算机代码被编译和链接后，获得的可执行指令的集合可以理解为星务计算机程序。
步骤S220，基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；
这里，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻。
在实施中，将所述采样起始脉冲参数和当前脉冲信号的计数值，带入采样起始延时码的变化趋势的计算公式，便可得到当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
值得注意的是，相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化值的绝对值不超过整数1，也就是说，该相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化值为大于负1且小于1的数。从而随着脉冲计数值的增大，累积相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化值，得到当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值。
基于采样起始脉冲参数确定的当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值，进一步结合当前脉冲信号的原始采样起始延时码(可以通过指令包获得)，确定目标采样起始延时码。
在当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值大于1的情况下，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在原始采样起始延时码 (可以通过指令包获得)的基础上加1，在当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值小于等于负1的情况下，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在原始采样起始延时码的基础上减1。
步骤S230，基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
这样，以根据拟合的采样起始脉冲参数确定每一脉冲信号的目标采样起始延时码，能够跟随每个回波脉冲实时调整采样起始时刻，这样采集的回波数据中的有效数据占比得到提高。
在本申请实施例中，首先，SAR系统的成像控制单元接收到星务计算机的指令包，然后解析出采样起始脉冲参数、采样数据的帧长以及雷达工作的指令，再基于采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码，最后将目标采样起始延时码和采样数据的帧长发送给数据采集单元进行采样。从而灵活有效地控制对所述回波信号进行采样的起始时刻，进一步达到精确采集有效回波，减小系统数据量的目的。
图3为本申请实施例提供的SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图，如图3所示，所述方法至少包括以下步骤：
步骤S310，在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；
这里，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；其中，采样起始延时码为有效回波窗到发射窗之间的延时时间。所述采样数据的帧长表征需要采样的回波数据的长度。
步骤S320，基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
这里，将所述采样起始脉冲参数带入采样起始延时码的变化趋势的计算公式，便可得到所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
例如，计算公式为T＝A*i2+B*i+C，其中A、B、C为采样起始脉冲参数，i 为当前脉冲信号的计数值，通过该公式计算得到的T即为当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
步骤S330，通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述目标采样起始延时码；
这里，所述第一进位累加器中存储有所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
随着脉冲计数值的增大，第一进位累加器不断累积相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化值，得到当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值。然后基于与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值，进一步结合当前脉冲信号的原始采样起始延时码(可以通过指令包获得)，确定目标采样起始延时码。
需要说明的是，响应于第一进位累加器中的累计变化值大于等于1的情况下，该第一进位累加器向上溢出(称为上溢)，响应于第一进位累加器中的累计变化值小于等于负1的情况下，该第一进位累加器向下溢出(称为下溢)。
在第一进位累加器上溢的情况下，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在原始采样起始延时码(可以通过指令包获得)的基础上加1，例如，原始采样起始延时码为2000，则目标采样起始延时码为2001；在第一进位累加器下溢的情况下，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在原始采样起始延时码的基础上减1，例如，原始采样起始延时码为2000，则目标采样起始延时码为1999。
上述步骤S320至步骤S330实现了“基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码”的过程，从而依据当前计算出的目标采样起始延时码，控制对所述回波信号进行采样的起始时刻，实现可变的采样起始脉冲设计。
步骤S340，基于所述目标采样起始延时码，确定所述回波信号的采样起始时刻；
这里，在当前脉冲信号的发射窗的数据长度基础上，加上所述目标采样起始延时码对应的延时时间，得到回波信号的采样起始时刻。
示例地，当前脉冲信号的宽度为3微秒，发射该脉冲信号的时间即发射窗的时间长度为3微秒，该脉冲信号对应的目标采样起始延时码为0.2微秒，那么在3.2微秒的时刻开始对回波信号进行采样。
步骤S350，基于所述采样起始时刻和所述采样数据的帧长，确定所述当前脉冲信号的有效回波窗；
这里，有效回波窗为所述回波信号中回波数据的持续时间段，表征回波数据的长度和时间点。
由于在聚束模式成像时，针对在飞行过程中卫星与目标的斜距随夹角的变化在不断的变化，因而有效回波窗相对于发射窗的延时也随斜距的变化而不断变化。也就是说，针对卫星与目标的不同斜距，实时计算得到每一发射脉冲信号产生的斜距的有效回波窗。
示例地，在卫星与目标的斜距最大的情况下，卫星上的天线发射脉冲到目标的传输时间最长，从而有效回波窗出现的时间段为距离采样起始时刻靠后的一段时间；在卫星与目标的斜距最小的情况下，卫星上的天线发射脉冲到目标的传输时间最短，从而有效回波窗为以采样起始时刻为起点、长度为采样数据帧长的时间段，也就是有效回波窗出现的时间段为距离采样起始时刻靠前的一段时间。
步骤S360，在所述有效回波窗内对所述回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
由于在聚束模式成像时，卫星飞行过程中SAR系统与目标之间的斜距随夹角的变化在不断的变化，因而有效回波窗相对于发射窗的延时也随斜距d的变化而不断变化。
在有效回波窗内对回波信号进行采样，可以获得大量的有效回波数据。
步骤S370，通过所述SAR系统的数传分单元，向地面传输所述采样后的一帧回波数据。
在本申请实施例中，通过第一进位累加器累加当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值，确定所述目标采样起始延时码；通过由目标采样起始延时码控制对所述回波信号进行采样的起始时刻，实现可变的采样起始脉冲设计。同时实时计算得到对应每一发射脉冲信号的斜距的准确的有效回波窗，减小了每个脉冲信号的回波采样数据帧长，在不损失有效回波数据的前提下，提高了传输数据中有效数据的占比，降低了回波采样数据量。
在一些可能的实施例中，所述采样起始脉冲参数为相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化增量系数和缺省初始值。图4为本申请实施例提供的SAR系统回波采集的控制方法的流程示意图，如图4所示，上述步骤S120或步骤S230 “基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码”可以通过以下步骤实现：
步骤S410，将所述缺省初始值作为第二进位累加器的初始值；
示例地，针对二次曲线的计算公式为Di＝A1*i+A2；其中，i为当前脉冲信号的计数值，A1、A2为成像控制单元经计算拟合出的近似等于采样起始延时码变化趋势的二次曲线的参数，且A2的取值范围为(-1,1)。
这里，第二进位累加器的对应硬件实现为D0＝A2；Di＝Di-1+A1；将第一个脉冲信号的变化值A2作为第二进位累加器的初始值。
步骤S420，通过所述第二进位累加器累加所述采样起始延时码的变化增量系数，确定所述当前脉冲信号相对于所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
这里，所述采样起始延时码的变化增量系数为A1，也就是说，每次脉冲信号的采样起始延时码的变化值Di，为前一个脉冲信号的采样起始延时码的变化值Di-1加上正数A1。
步骤S430，通过所述星务计算机的指令包，获取所述前一脉冲信号的采样起始延时码；
这里，在一次成像过程中，所有脉冲的采样起始码都是成像控制单元根据理论计算好的且均为整数。
在发射脉冲信号之前，成像控制单元将采样起始码这一参数预先存储在解析星务计算机的指令包中，从而数据采集单元可以通过解析指令包，获取前一脉冲信号的采样起始码。
步骤S440，通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，得到累计变化值；
这里，所述累计变化值为表明所述第一进位累加器是否溢出；在所述累计变化值大于等于1的情况下，第一进位累加器上溢；在所述累计变化值小于等于负1的情况下，第一进位累加器下溢。
随着脉冲计数值的增大，第一进位累加器不断累积相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化值，得到当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值。然后
步骤S450，基于所述累计变化值，调整所述前一脉冲信号的采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码。
这里，基于与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值，进一步结合前一脉冲信号的采样起始延时码(可以通过指令包获得)，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码。通过调整前一脉冲信号的采样起始延时码得到目标采样起始延时码的过程如下：
在当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值大于等于1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码加1的值，作为所述目标采样起始延时码。也就是说，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在前一脉冲信号的采样起始延时码(可以通过指令包获得)的基础上加1，例如，前一脉冲信号的采样起始延时码为2000，则目标采样起始延时码为2001。
在当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值小于等于负1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码减1的值，作为所述目标采样起始延时码。也就是说，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应在前一脉冲信号的采样起始延时码的基础上减1，例如，前一脉冲信号的采样起始延时码为2000，则目标采样起始延时码为1999。
在当前脉冲信号与第一个脉冲信号之间的采样起始延时码的累计变化值处于大于负1且小于1之间区间的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码作为所述目标采样起始延时码。也就是说，当前脉冲信号的目标采样起始延时码应为前一脉冲信号的采样起始延时码，例如，前一脉冲信号的采样起始延时码为2000，则目标采样起始延时码仍为2000。
下面结合一个具体实施例对上述星载SAR系统回波采集的控制方法进行说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
本申请实施例提供一种精确跟踪斜距的SAR系统回波采集控制实现方法，成像控制单元通过提取指令包中参数，并对当前脉冲信号的采样起始延时码(相当于目标采样起始延时码)进行计算的方式，实时确定对应每一发射脉冲信号的斜距的准确的有效回波窗。以该有效回波窗的起始时刻作为对应的采样起始时刻，以有效回波窗的起始时刻和结束时刻之间的回波数据作为设定的数据帧长，进而达到精确采集有效回波，减小系统传输数据量的目的。
在聚束模式成像时，为保证有效回波数据采集，需要实时变更采样起始延时码，按照理论分析，采样起始延时码的变化趋势可近似为二次曲线。为了方便成像控制单元的硬件计算的实现，采用递归算法拟合出近似等于采样起始延时码变化趋势的二次曲线的系数，并作为采样起始脉冲参数。成像控制单元将采样起始脉冲参数存入星务计算机的指令包中，然后依据采样起始脉冲参数，在发射当前脉冲信号之前，计算当前脉冲信号的采样起始延时码，并以采样起始延时码控制当前脉冲信号的采样起始时刻，从而实现可变的采样起始脉冲设计。
图5A为本申请实施例提供的基于采样起始脉冲参数确定采样起始延时码的流程示意图，如图5A所示，该过程至少包括以下步骤：
步骤501，在每个发射脉冲信号前，计算当前脉冲信号相对于前一个脉冲信号的采样起始延时码的变化值Di；
这里，所述采样起始延时码的变化值为采样起始延时码小数部分的变化值，计算公式为：Di＝A1*i+A2；其中，i为当前脉冲信号的计数值，A1、A2为成像控制单元经计算拟合出的近似等于采样起始延时码变化趋势的二次曲线的参数，且A2的取值范围为(-1,1)。
对应硬件实现为D0＝A2；Di＝Di-1+A1；即设定第一个脉冲信号的采样起始延时码的变化值为A2，每次脉冲信号的采样起始延时码的变化值Di，为前一个脉冲信号的采样起始延时码的变化值Di-1加上正数A1。
可以通过加法器1(相当于第一进位累加器)存储当前脉冲相对于前一个脉冲的采样起始延时码的变化值Di。举例来说，将A2作为加法器1的初始值，在当前脉冲的计数值i为1的情况下，加法器1中的值D1为A1+A2；在当前脉冲的计数值i为2的情况下，加法器1中的值D2为2A1+A2；在当前脉冲的计数值i为3的情况下，加法器1中的值D3为3A1+A2。
步骤502，确定当前脉冲信号的采样起始延时码的累计变化值Ti：
这里，设置采样起始延时码的初始变化值T0＝0，计算公式为Ti＝Ti-1+Di；其中，i为当前脉冲的计数值。
可以通过加法器2(相当于第二进位累加器)存储采样起始延时码的累计变化值Ti。举例来说，将T0作为加法器2的初始变化值，也就是加法器2赋初始值为0，在当前脉冲的计数值i为1的情况下，加法器1中的值T1为D1；在当前脉冲的计数值i为2的情况下，加法器1中的值T2为在T1的基础上累加 D2，也就是D1+D2；在当前脉冲的计数值i为3的情况下，加法器1中的值T3为在T2的基础上累加D3，也就是D1+D2+D3。
步骤503，在计算的采样起始延时码的累计变化值Ti大于1或者小于负1 的情况下，调整当前脉冲信号的采样起始延时码Pi。
这里，在相邻若干脉冲的采样起始延时码的累计变化值Ti大于等于1，也就是加法器2中存储的值上溢的情况下，在调整当前脉冲的采样起始延时码为原始值加1。
在相邻若干脉冲的采样起始延时码的累计变化值Ti小于等于负1，也就是加法器2中存储的值下溢的情况下，在调整当前脉冲的采样起始延时码为原始值减1。
在相邻若干脉冲的采样起始延时码的累计变化值Ti大于负1且小于1，的情况下，保持当前脉冲的采样起始延时码为原始值。
本申请实施例通过设计两种进位累加器，灵活有效地控制当前脉冲的回波采集起始时刻，进一步达到精确采集有效回波，减小系统数据量的目的。
在一些可能的实施例中，也可以采用直接二次参数拟合的方式计算采样起始延时码，即成像控制单元将经计算拟合出的近似等于采样起始延时码变化趋势的2次曲线的参数A，B，C存入指令包中。然后成像控制单元按照公式 T＝A*i2+B*i+C(i为当前脉冲信号的计数值)，依据采样起始脉冲参数在当前重频时计算下一个采样起始延时码。下一个脉冲信号依据当前计算出的采样起始延时码，控制采样起始时刻，从而实现可变的采样起始脉冲设计。
图5B为本申请实施例提供的SAR系统回波采集方法的原理示意图，如图 5B所示，在聚束模式成像时，沿着卫星的飞行方向，卫星与目标之间的斜距d 随夹角θ的变化在不断的变化，例如夹角θ1对应的斜距为d1，夹角θ2对应的斜距为d2，夹角θ3应的斜距为d3，夹角θ4对应的斜距为d4。
以每次发射脉冲信号的采样起始延时码Pi，计算回波采样的起始时刻t0，和采样的数据帧长T。按照回波采样的起始时刻t0，和采样的数据帧长T，对回波信号进行采样，得到一帧采样的回波数据。其中，有效数据帧长T0为发射窗的长度，也就是回波信号持续的时间。可以看出，有效数据帧长T0范围内的有效数据(图5B中窄带区域)在按照采样的数据帧长T采集的所有数据中的占比较高。
本申请实施例在聚束模式成像时，可以根据计算拟合的采样起始脉冲参数，实时计算出当前脉冲信号的回波采样起始时刻，减小了每个脉冲信号的回波采样数据帧长，在不损失有效回波数据的前提下，提高了传输数据中有效数据的占比，降低了回波采样数据量。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种SAR系统回波采集的控制装置，所述装置包括所包括的各模块、以及各模块所包括的各单元，可通过具体的逻辑电路实现；在实施的过程中，处理器可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器(MicroProcessing Unit，MPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)等。
图6为本申请实施例提供的一种SAR系统回波采集的控制装置的组成结构示意图，如图6所示，所述控制装置600包括第一获取模块610、确定模块620 和采样模块630，其中：
所述第一获取模块610，在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；
所述确定模块620，基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
所述采样模块630，基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
在一些可能的实施例中，所述确定模块620包括第一确定子模块和第二确定子模块，其中：所述第一确定子模块，用于基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；所述第二确定子模块，用于通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述目标采样起始延时码；其中，所述第一进位累加器中存储有所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
在一些可能的实施例中，所述采样起始脉冲参数为相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化增量系数和缺省初始值，所述第一确定子模块包括赋值单元和第一累加单元，其中：所述赋值单元，用于将所述缺省初始值作为第二进位累加器的初始值；所述第一累加单元，用于通过所述第二进位累加器累加所述采样起始延时码的变化增量系数，确定所述当前脉冲信号相对于所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
在一些可能的实施例中，所述控制装置600还包括第二获取模块，用于通过所述星务计算机的指令包，获取当前脉冲信号的原始采样起始延时码；相应地，所述第二确定子模块包括第二累加单元和调整单元，其中：所述第二累加单元，用于通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，得到累计变化值；其中，所述累计变化值表明所述第一进位累加器是否溢出；所述调整单元，用于基于所述累计变化值，调整所述原始采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码。
在一些可能的实施例中，所述调整单元包括增加子单元、减少子单元和保持子单元，其中：所述增加子单元，用于在所述累计变化值大于等于1的情况下，将所述原始采样起始延时码加1的值，作为所述目标采样起始延时码；所述减少子单元，用于在所述累计变化值小于等于负1的情况下，将所述原始采样起始延时码减1的值，作为所述目标采样起始延时码；所述保持子单元，用于在所述累计变化值位于大于负1且小于1之间的情况下，将所述原始采样起始延时码作为所述目标采样起始延时码。
在一些可能的实施例中，所述采样模块630包括第三确定子模块、第四确定子模块和采样子模块，其中：所述第三确定子模块，用于基于所述目标采样起始延时码，确定所述回波信号的采样起始时刻；基于所述采样起始时刻和所述采样数据的帧长，确定所述当前脉冲信号的有效回波窗；其中，所述有效回波窗为所述回波信号的持续时间段；在所述有效回波窗内对所述回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
在一些可能的实施例中，所述控制装置600还包括传输模块，用于通过所述SAR系统的数传分单元，向地面传输所述采样后的一帧回波数据。
这里需要指出的是：以上装置实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请装置实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
基于同一技术构思，本申请实施例提供一种SAR系统。图7为本申请实施例提供的一种SAR系统的结构示意图，如图7所示，所述SAR系统700包括星务计算机710、成像控制单元720、数据采集单元730和数传分单元740，其中：
所述成像控制单元720，用于在一次聚束成像过程中，通过所述星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
所述星务计算机710，用于向所述成像控制单元720发送所述指令包；其中，所述指令包中至少包括采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；
所述数据采集单元730，用于基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据；
所述数传分单元740，用于向地面传输所述采样后的一帧回波数据。
在星载SAR系统700中，成像控制单元720接收星务计算机710的指令包，然后解析出雷达工作的指令，指令包中包括采样起始脉冲参数以及采样数据的帧长；再基于采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码。控制数据采集单元730基于接收的目标采样起始延时码完成对回波信号的采样，然后由数据采集单元730将采样后的回波数据发送给数传分单元740，再由数传分单元740将回波数据传输到地面。
所述成像控制单元710，可以包括监控计算机和定时器。监控计算机经计算拟合出近似等于采样起始延时码变化趋势的二次曲线的系数，并作为采样起始脉冲参数。监控计算机将计算拟合好的采样起始脉冲参数存入参数指令包中，定时器依据采样起始脉冲参数，在当前重频时计算下一个采样起始延时码(采样起始延时码即为有效接收窗到发射窗之间的延时时间)，下一个脉冲信号依据当前计算出的采样起始延时码，控制采样起始时刻，从而实现可变的采样起始脉冲设计。
所述星务计算机720主要负责卫星的任务调度和综合信息处理工作；通常星务计算机可以包括存储程序的程序存储区和运行程序的程序运行区。指令包又被称为代码程序，是指星务计算机代码或者星务计算机程序，星务计算机代码或者星务计算机程序是一组构建计算机程序的指令，即星务计算机所执行的命令。
所述成像控制单元720、所述星务计算机710、所述数据采集单元730和所述数传分单元740均可由位于任意计算机设备中的特定用途集成电路 (Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、数字信号处理装置(Digital Signal Processing Device，DSPD)、可编程逻辑装置(ProgrammableLogic Device，PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种实现，本申请实施例不作具体限定。
这里需要指出的是：以上设备实施例的描述，与上述方法实施例的描述是类似的，具有同方法实施例相似的有益效果。对于本申请存储介质和设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述而理解。
需要说明的是，本申请实施例中，如果以软件功能模块的形式实现上述SAR 系统回波采集的控制方法，并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得SAR系统回波采集的控制系统执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本申请实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
或者，本申请上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得设备自动测试线执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种SAR系统回波采集的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；
基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据；
其中，所述基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码，包括：
基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述第一进位累加器中存储有所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
通过所述星务计算机的指令包，获取所述前一脉冲信号的采样起始延时码；
所述通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述目标采样起始延时码，包括：
通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，得到累计变化值；其中，所述累计变化值表明所述第一进位累加器是否溢出；
基于所述累计变化值，调整所述前一脉冲信号的采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码；
所述基于所述累计变化值，调整所述前一脉冲信号的采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码，包括：
在所述累计变化值大于等于1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码加1的值，作为所述目标采样起始延时码；
在所述累计变化值小于等于负1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码减1的值，作为所述目标采样起始延时码；
在所述累计变化值位于大于负1且小于1之间的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码作为所述目标采样起始延时码。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采样起始脉冲参数为相邻脉冲信号的采样起始延时码的变化增量系数和缺省初始值，所述基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值，包括：
将所述缺省初始值作为第二进位累加器的初始值；
通过所述第二进位累加器累加所述采样起始延时码的变化增量系数，确定所述当前脉冲信号相对于所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值。
3.如权利要求1至2任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据，包括：
基于所述目标采样起始延时码，确定所述回波信号的采样起始时刻；
基于所述采样起始时刻和所述采样数据的帧长，确定所述当前脉冲信号的有效回波窗；其中，所述有效回波窗为所述回波信号中回波数据的持续时间段；
在所述有效回波窗内对所述回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述SAR系统的数传分单元，向地面传输所述采样后的一帧回波数据。
5.一种SAR系统回波采集的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括第一获取模块、确定模块和采样模块，其中：
所述第一获取模块，用于在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码 变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；
所述确定模块，用于基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
所述采样模块，用于基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据；
所述确定模块包括第一确定子模块和第二确定子模块，其中：所述第一确定子模块，用于基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；所述第二确定子模块，用于通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述目标采样起始延时码；其中，所述第一进位累加器中存储有所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
所述控制装置还包括第二获取模块，用于通过所述星务计算机的指令包，获取前一脉冲信号的采样起始延时码；相应地，所述第二确定子模块包括第二累加单元和调整单元，其中：所述第二累加单元，用于通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，得到累计变化值；其中，所述累计变化值表明所述第一进位累加器是否溢出；所述调整单元，用于基于所述累计变化值，调整所述前一脉冲信号的采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码；
所述调整单元包括增加子单元、减少子单元和保持子单元，其中：所述增加子单元，用于在所述累计变化值大于等于1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码加1的值，作为所述目标采样起始延时码；所述减少子单元，用于在所述累计变化值小于等于负1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码减1的值，作为所述目标采样起始延时码；所述保持子单元，用于在所述累计变化值位于大于负1且小于1之间的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码作为所述目标采样起始延时码。
6.一种SAR系统，其特征在于，所述SAR系统包括成像控制单元和数据采集单元，其中：
所述成像控制单元，用于在一次聚束成像过程中，通过星务计算机的指令包，获取用于对发射脉冲信号的回波信号进行采样的采样起始脉冲参数和采样数据的帧长；其中，所述采样起始脉冲参数表征拟合的采样起始延时码变化曲线的系数；所述采样起始延时码为接收时间窗口到发射时间窗口之间的延时时间；基于所述采样起始脉冲参数，确定当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述目标采样起始延时码用于控制对所述回波信号进行采样的起始时刻；
所述数据采集单元，用于基于所述目标采样起始延时码和所述采样数据的帧长，对所述当前脉冲信号的回波信号进行采样，得到采样后的一帧回波数据；
所述成像控制单元，具体用于基于所述采样起始脉冲参数，确定所述当前脉冲信号相对于前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；以及通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，确定所述当前脉冲信号的目标采样起始延时码；其中，所述第一进位累加器中存储有所述前一脉冲信号的采样起始延时码的变化值；
所述成像控制单元，具体用于通过所述星务计算机的指令包，获取所述前一脉冲信号的采样起始延时码；以及通过第一进位累加器累加所述采样起始延时码的变化值，得到累计变化值；其中，所述累计变化值表明所述第一进位累加器是否溢出；以及基于所述累计变化值，调整所述前一脉冲信号的采样起始延时码，得到所述目标采样起始延时码；
所述成像控制单元，具体用于在所述累计变化值大于等于1的情况下，将前一脉冲信号的采样起始延时码加1的值，作为所述目标采样起始延时码；以及在所述累计变化值小于等于负1的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码减1的值，作为所述目标采样起始延时码；以及在所述累计变化值位于大于负1且小于1之间的情况下，将所述前一脉冲信号的采样起始延时码作为所述目标采样起始延时码。
7.如权利要求6所述的SAR系统，其特征在于，所述SAR系统还包括星务计算机和数传分单元，其中：
所述星务计算机，用于向所述成像控制单元发送所述指令包；其中，所述指令包中至少包括所述采样起始脉冲参数和所述采样数据的帧长；
所述数传分单元，用于向地面传输所述采样后的一帧回波数据。
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