CN116087953B - 一种星载sar多目标成像参数设计方法 - Google Patents

一种星载sar多目标成像参数设计方法 Download PDF

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CN116087953B CN202310265593.3A CN202310265593A CN116087953B CN 116087953 B CN116087953 B CN 116087953B CN 202310265593 A CN202310265593 A CN 202310265593A CN 116087953 B CN116087953 B CN 116087953B
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    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9041—Squint mode

Abstract

本发明公开了一种星载SAR多目标成像参数设计方法。所述方法以高分辨率和高时效性成像为设计目标，以滑动聚束模式为基本成像模式，满足高分辨率成像需求，利用斜视成像联合高优先级目标先成像，相同优先级目标先方位向由近及远再距离向由近及远的目标筛选原则，提高观测时效性。方法根据卫星精确轨道预报数据和目标区域信息，结合星载SAR斜视滑动聚束模式成像原理，快速确定可成像多目标位置，准确获取各目标区域成像需要的关键时间和斜视角参数，使波束指向在指定的成像时刻精确指向目标区域，满足高分辨率SAR卫星多目标成像工程实现和高时效性观测应用需求。

Description

一种星载SAR多目标成像参数设计方法
技术领域
本发明属于星载合成孔径雷达成像领域，具体涉及一种星载SAR多目标成像参数设计方法。
背景技术
星载滑动聚束模式是近年来国内外星载SAR获取高分辨率宽覆盖图像的主要模式，我国多颗星载SAR卫星采用滑动聚束模式获得了大批高质量的高分辨率遥感图像，用于军民领域对地观测。随着两维大扫描相控阵天线技术和卫星大姿态角机动技术发展水平的提高，大斜视星载SAR成像成为可能，从而使星载SAR成像模式设计更加多样，应用更加灵活。
近年来随着对地高效观测应用需求的提出，尤其是在陆地军事目标和海洋舰船监视方面，多目标成像成为星载SAR设计的一个重要方向。陆地军事目标或海洋舰船监视一般要求SAR图像处理具有目标检测和识别功能，要实现目标识别功能要求SAR图像具有较高的分辨率，一般来说要优于0.5m。到目前为止，国内外高分辨率星载SAR都是采用凝视聚束或滑动聚束模式实现，和凝视聚束模式相比，滑动聚束模式由于图像信噪比均匀得到更广泛应用。和正侧视成像相比，前后斜视成像能够充分利用卫星姿态机动能力或者相控阵天线波束电扫能力，在卫星过顶时刻之前或之后对目标成像，增加了可成像目标的数量，提高SAR卫星观测时效性。综上所述，基于高分辨率大斜视成像模式的星载SAR多目标成像既能提高观测效能，又能满足目标检测和识别的应用需求，已成为未来星载SAR发展和应用的主流方向之一。
到目前为止，可能是由于国内外具备大斜视成像能力的SAR卫星较少，采用斜视滑动聚束模式实现高分辨率星载SAR多目标成像的设计方法在公开文献中未见有报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种星载SAR多目标成像参数设计方法，方法同时兼顾高分辨率成像和高时效性观测两方面性能。方法包含两部分功能，一部分是单个目标区域成像参数计算，另一部分是可成像目标区域筛选；方法输出设计参数包括可成像目标数量，可成像目标对应的经纬度，所有可成像目标区域对应的成像开始和结束时刻，成像开始和结束斜视角。
进一步地，所述的高时效性含义为成像期间可成像目标数量尽可能多，观测时效性是多目标成像设计要考虑的关键指标。
进一步地，所述的输出设计参数包括可成像目标数量和可成像目标对应的经纬度，用于为地面应用系统提供图像目标信息；所述的输出设计参数包含所有目标区域对应的成像开始和结束时刻，所有目标区域对应的成像开始和结束斜视角，一方面用于SAR卫星生成精确的波束指向控制策略，另一方面用于计算其它SAR成像参数如脉冲重复周期，发射脉冲宽度，回波采样时间，回波帧长等。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
设定多目标成像含义，多目标成像含义为在一段连续时间内在不同时刻对不同目标区域进行成像。
设定单个目标区域成像模式，对任意单个目标区域采用斜视滑动聚束模式成像，满足星载SAR高分辨率需求，包含前斜视成像和后斜视成像两种情况，充分利用卫星姿态机动能力或者相控阵天线波束电扫能力，增加多目标观测数量，提高观测时效性。
设定单个目标区域大小按照距离向成像幅宽和方位向成像长度两维成像范围描述，目标处于成像区域中心。不同目标区域之间在地理位置和成像时刻上都没有重叠，目标区域大小由任务规划系统根据目标几何特征确定。
设定目标区域开始成像时刻和结束成像时刻是相对于卫星轨道预报数据起始时刻定义。
设定可成像目标区域筛选原则，所述的可成像目标区域筛选原则为按照优先级高的目标先成像，相同优先级目标先方位向由近及远再距离向由近及远的原则，从预置观测目标区域筛选可成像目标区域。
进一步地，所述的成像目标区域筛选原则是多目标成像设计的关键内容，优先级高的目标先成像是从实际应用需求考虑，首先确保重点关注目标能够成像；相同优先级目标先方位向由近及远再距离向由近及远的目标筛选原则是从提高成像时效性方面考虑而提出，实现过程为沿方位向分布的目标成像时间有冲突时舍弃时间靠后的目标；沿方位向位置分布相同但沿距离向位置分布不同的目标优先对距离近的目标成像，因为，在方位向成像长度相同的情况下，距离近的目标需要的成像时间更短。一段连续时间内单个目标区域成像时间越短，可成像目标区域越多，成像时效性越高。
本发明的星载SAR多目标成像参数设计方法按照顺序包含以下计算步骤：
步骤1，设置输入条件，所述输入条件包括一段连续成像期间卫星精确轨道预报数据，预置观测目标区域信息，SAR系统参数，输入条件由任务规划系统给出。
步骤2，根据空间矢量距离关系，计算成像期间所有预置观测目标对应的最近斜距；
步骤3，根据星载SAR斜视滑动聚束模式成像原理，计算各目标区域成像时间长度；
步骤4，成像期间任一时刻作为成像开始时刻，根据各目标区域对应的成像时间长度，计算对应的成像结束时刻；利用星地斜距矢量和卫星速度矢量空间标量积公式，计算任一目标区域对应的成像开始和结束斜视角；
步骤5，按照设定的可成像目标区域筛选原则，以开始斜视角和结束斜视角绝对量都不大于SAR系统最大可实现斜视角为判断依据，判断当前预置观测目标区域是否为可成像目标区域；
步骤6，输出筛选出的可成像目标区域的数量，所有可成像目标区域对应的目标经纬度，成像开始时刻和成像结束时刻，成像开始斜视角和成像结束斜视角。
进一步地，所述的步骤1中，设置输入条件包含成像期间卫星精确轨道预报数据，要求数据时间长度要包含所有预置观测目标对应的过顶时刻轨道预报数据；要求数据包含WGS84坐标系下的卫星位置矢量和速度矢量；要求数据做过偏航角和俯仰角两维姿态角修正，以保证非斜视成像时卫星速度方向和波束视线方向垂直。
偏航角修正值用
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表示，计算公式为：
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（1）
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为卫星角速度，/>
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在右侧视成像为1，左侧视成像时为-1。
俯仰角修正值用
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（2）
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为真近心角。
进一步地，所述的步骤1，设置输入条件包含预置观测目标区域信息，所述的预置观测目标区域由任务规划系统给出，一般数量多于可成像目标区域。预置观测目标区域信息包含区域中心点的经纬度，测绘带中心沿方位向起始点、中心点和终止点在WGS84下的位置矢量，方位向成像长度，固定波束指向对应的波束地面速度；要求目标位于场景中心，即目标区域中心点经纬度为目标点经纬度。
进一步地，所述的步骤1中，设置输入条件包含SAR系统参数，所述的SAR系统参数包含方位向分辨率，用
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表示。
进一步地，所述的步骤2中，根据空间矢量距离关系，计算成像期间所有预置观测目标对应的最近斜距，是为了计算单点目标对应的波束地面长度，采用逐点遍历求最小值的方法确定成像期间所有预置观测目标对应的最近斜距。
假设卫星轨道预报数据共有
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表示。根据空间两点间距离矢量关系计算卫星任一位置时刻与目标之间的斜距矢量，对斜距矢量求模得到卫星与目标间的斜距，/>
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为对多个标量取最小值函数。
进一步地，所述的步骤3中，根据星载SAR斜视滑动聚束模式成像原理，计算各目标区域成像时间长度，不同目标区域成像时间长度是影响多目标成像数量的关键影响因素，一般来说，单个目标区域成像时间越短，可成像目标数量越多，SAR卫星成像时效性越高。
星载SAR滑动聚束模式成像时间长度几何含义为地面波束按照一定的速度沿卫星飞行方向滑过方位向成像长度加上一个方位向波束宽度对应的地面长度。第
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个目标区域对应的一个波束宽度在方位向地面上的长度
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的几何含义为斜视成像下方位向波束宽度在地面上的投影长度，也是为了满足方位分辨率要求的点目标对应的方位向波束有效照射长度。斜视成像下斜距的计算要考虑斜视角引起的距离徙动影响，斜视角越大距离徙动越大，/>
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的计算在此用SAR系统最大可实现斜视角计算斜距，以保证方位分辨率设计值优于指标要求，/>
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分别为SAR天线方位向波束宽度和系统最大可实现斜视角，作为SAR参数，包含在输入条件中，由任务规划系统给出。
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用于计算对应目标区域的成像时间长度。根据星载SAR成像原理，和固定波束指向下的波束地面速度相比，滑动聚束模式成像通过降低波束地面速度，增加单个点目标合成孔径时间获得方位向高分辨率，滑动聚束模式下方位分辨率比固定波束指向下的分辨率提高几倍，则对应的波束地面速度降低几倍。/>
固定波束指向下，理论方位分辨率约等于
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是星载SAR斜视滑动聚束模式点目标仿真的主要内容，也是SAR方位向参数设计的关键输入参数，决定SAR图像产品方位向分辨率是否能够达到设计要求，同时/>
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的取值影响目标区域成像时间长度计算，并最终影响多目标成像数量。方位向分辨率展宽系数和多种影响因素有关，主要考虑方位向方向图加权，成像处理加权，多普勒参数估计误差，成像算法近似误差。
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作为SAR参数之一，和成像方位向分辨率/>
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一样，包含在本发明输入条件中，由任务规划系统给出。
进一步地，根据星载SAR成像原理，单点目标合成孔径时间定义为从方位向方向图右边缘进入到左边缘离开的这段时间为波束有效照射时间，由此定义所述的步骤4中目标区域成像开始时刻为方位向方向图右边缘进入目标区域起始点时刻，目标区域成像结束时刻为方位向方向图左边缘离开目标区域终止点时刻。
进一步地，为了有利于工程上实现SAR成像波束指向控制，所述的步骤4中目标区域成像开始斜视角定义为WGS84坐标系下成像开始时刻天线波束中心视线矢量与卫星速度矢量的夹角，目标区域成像结束斜视角定义为WGS84坐标系下成像结束时刻天线波束中心视线矢量与卫星速度矢量的夹角。
因为天线波束中心视线矢量无法作为输入条件给出，不能通过该参数直接计算出成像开始和结束斜视角，根据星载SAR滑动聚束模式星地几何关系，成像开始斜视角可通过成像开始时刻卫星到目标区域起始点的距离矢量与卫星速度矢量的夹角加上半个方位向波束宽度计算得到；成像结束斜视角通过成像结束时刻卫星到目标区域终止点的距离矢量与卫星速度矢量的夹角减去半个方位向波束宽度计算得到。
任一卫星位置采样时刻作为第
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有益效果：
本发明旨在提出一种高分辨率星载SAR多目标成像关键参数的设计方法，方法从实际应用需求出发，以高分辨率和高时效性成像为设计目标。为满足高分辨率成像需求，本发明提出以滑动聚束模式为基本成像模式。为提高观测时效性，本发明从两方面考虑设计，一方面是充分利用卫星姿态机动能力或者相控阵天线波束电扫能力，提出采用前后斜视滑动聚束模式成像，增加多目标观测数量，提高观测时效性；另一方面采用高优先级目标先成像，相同优先级目标先方位向由近及远再距离向由近及远的目标筛选原则，提高成像时效性。
本发明根据卫星精确轨道预报数据和目标区域位置信息，结合星载SAR斜视滑动聚束模式成像原理，可快速确定可成像多目标位置，准确获取各目标成像需要的关键时间和斜视角参数，满足高分辨率SAR卫星多目标成像工程实现和高时效性观测应用需求。
到目前为止，采用斜视滑动聚束模式实现高分辨率星载SAR多目标成像的设计方法在公开文献中未见有报道，因此，本发明在理论研究和工程实现方面都具有创新意义。本发明已在我国在轨运行的高分12号遥感卫星上得到有效验证，分辨率优于0.5m，基于斜视滑动聚束模式的高分辨率多目标成像模式由此获得推广应用，因此，本发明具有重要的工程实用价值。
附图说明
图1为星载SAR前后斜视滑动聚束模式几何关系示意图；
图2为星载SAR多目标成像星地几何关系示意图；
图3为星载SAR多目标成像第 个目标区域前斜视滑动聚束模式几何关系详细示意图；
图4为WGS84坐标系下星载SAR星地斜距矢量关系示意图；
图5为本发明的星载SAR多目标成像参数设计方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的第一个方面是明确本发明所采用的成像模式为斜视滑动聚束模式，用于高分辨率星载SAR成像，包含前斜视和后斜视两种情况，如图1所示，左图为前斜视星载SAR滑动聚束模式成像示意图，成像开始时刻天线波束中心偏向卫星前进方向，右图为后斜视星载SAR滑动聚束模式成像示意图，成像开始时刻天线波束中心偏向卫星前进反方向；卫星轨迹为卫星沿轨道运行的位置；星下点轨迹为卫星在不同位置时刻与地心的连线在地球表面上的交点；波束足印中心轨迹为成像期间波束中心在地面上移动的轨迹；测绘带中心为成像场景中心点。
本发明的第二个方面是明确本发明所包含的星载SAR多目标成像含义，以避免因概念理解不同造成设计内容过于宽泛。本发明的星载SAR多目标成像含义为在一段连续时间内在不同时刻对不同目标区域进行成像，如图2所示，轨道数据起始时刻到结束时刻期间，可对
Figure SMS_115
个目标进行成像。
本发明的第三个方面是明确从重点目标先成像和提高成像时效性的实际应用需求考虑，提出一种可成像目标区域筛选原则，即按照优先级高的目标先成像，相同优先级按照目标先方位向由近及远再距离向由近及远的原则，从预置观测目标区域筛选可成像目标区域。所述的目标区域筛选原则实现过程为，沿方位向分布的目标成像时间有冲突时舍弃时间靠后的目标，沿方位向位置分布相同但沿距离向位置分布不同的目标优先对距离近的目标成像；以开始斜视角和结束斜视角绝对量都不大于SAR系统最大可实现斜视角为判断依据，确定预置观测目标区域是否为可成像目标区域。
本发明的第四个方面是明确星载SAR多目标成像参数设计方法的关键参数仅包括可成像多目标数量，每个可成像目标区域对应的目标经纬度，成像开始时刻，成像结束时刻，成像开始斜视角，成像结束斜视角，不涉及星载SAR成像工程实现所必须的其他参数。
如图5所示，本发明的第五个方面是约定三项输入参数作为已知条件，第一项输入参数为一段连续成像时间内的高精度卫星轨道预报数据，时间包括所有预置观测目标过顶时刻，轨道预报数据含按照0.001s为时间间隔的WGS84坐标系下的卫星位置矢量矩阵和速度矢量矩阵； 第二项输入参数为所有预置观测目标区域信息，包含区域中心点的经纬度，测绘带中心沿方位向起始点、中心点和终止点在WGS84下的位置矢量，方位向成像长度，固定波束指向对应的波束地面速度；第三项输入参数为SAR系统参数，包含方位向分辨率，方位向分辨率展宽系数，方位向有效天线长度，方位向波束宽度，SAR系统最大可实现斜视角。
本发明的第六个方面是利用所述的已知条件，根据目标区域分布和如图2、图3和图4所示的星载SAR斜视滑动聚束模式几何关系、成像原理以及星地几何关系推导相关参数计算公式。
假设高精度卫星轨道预报数据共有
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如图2和3所示，本发明的星载SAR多目标成像星地几何关系，所需变量为：
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如图4所示，星载SAR任意时刻卫星和目标间的位置和斜距矢量关系所需变量定义为：
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对所有的
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取最小值，得到第/>
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个目标卫星过顶时刻对应的最近斜距
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，计算公式为：/>
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（2）
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和/>
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为第/>
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个目标与轨道预报数据第一个和最后采样时刻卫星位置之间的距离，/>
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为对多个标量取最小值函数。
（2）一个波束宽度在方位向地面上的长度：
第
Figure SMS_186
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表示,含义为方位向一个波束宽度在地面上的投影长度。斜视成像下斜距的计算要考虑斜视角引起的距离徙动影响， 本发明的/>
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的计算用SAR系统最大可实现斜视角计算斜距，以保证方位分辨率设计值优于指标要求，/>
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计算公式为；
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分别为SAR天线方位向波束宽度和系统最大可实现斜视角。
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第
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个目标区域对应的滑动聚束模式下的波束地面速度用/>
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表示，根据星载SAR成像原理，和固定波束指向下的波束地面速度相比，滑动聚束模式成像通过降低波束地面速度，增加单个点目标合成孔径时间获得方位向高分辨率。第/>
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表示，考虑方位向分辨率展宽系数，用/>
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第
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表示，星载SAR滑动聚束模式成像时间长度含义为地面波束按照一定的速度沿卫星飞行方向滑过方位向成像长度加上一个方位向波束宽度对应的地面长度所用的时间长度，第/>
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个目标区域对应的方位向成像长度用
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第
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第
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（7）目标区域成像开始斜视角：
根据星载SAR滑动聚束模式星地几何关系，成像开始斜视角可通过成像开始时刻卫星到目标区域起始点的距离矢量与卫星速度矢量的夹角加上半个方位向波束宽度计算得到。任一卫星位置采样
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时刻作为第/>
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（8）目标区域成像结束斜视角：
根据星载SAR滑动聚束模式星地几何关系，成像结束斜视角通过成像结束时刻卫星到目标区域终止点的距离矢量与卫星速度矢量的夹角减去半个方位向波束宽度计算得到。任一卫星位置采样
Figure SMS_241
时刻作为第/>
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为第/>
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Figure SMS_250
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（9）可成像目标区域判断依据：
一般SAR卫星都具备方位向波束向前或向后扫描的能力，用正负号来区分，星载SAR成像需要的开始和结束斜视角绝对量不能超过SAR系统最大设计斜视角。第
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Figure SMS_257
（10）
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Figure SMS_258
为SAR系统最大可实现斜视角。
为了实现本发明的目的，本发明的第七个方面是根据所述的第一到六方面的技术方案，已知条件，相关计算公式，确定基于斜视滑动聚束模式的高分辨率星载SAR多目标成像参数设计方法实现流程，下面结合图5对本发明的星载SAR设计方法相关计算步骤进行详细说明。
如图5所示，本发明的一种星载SAR多目标成像参数设计方法从输入已知条件开始到设计参数输出，共包含14步计算或判断。
第1步为输入已知条件，所述的已知条件中包含星载SAR多目标成像参数设计方法需要预知的基本相关参数，所述的基本相关参数分为三项，第一项是卫星轨道预报数据，第二项是预置观测目标区域信息，第三项是SAR系统参数，第一项和第二项由任务规划系统给出，第三项由SAR系统给出。所述的基本相关参数包括：
一段连续时间内在WGS84坐标系下按照0.001s为时间间隔的卫星位置矢量
Figure SMS_259
矩阵和速度矢量/>
Figure SMS_260
矩阵；
预置观测目标区域场景中心沿方位向起始点，中心点和终止点在WGS84坐标系下的起始点位置矢量
Figure SMS_261
矩阵，中心点位置矢量/>
Figure SMS_262
矩阵和终止点位置矢量/>
Figure SMS_263
矩阵；
预置观测目标区域方位向成像长度
Figure SMS_264
矩阵
预置观测目标区域固定波束指向下天线波束地面速度
Figure SMS_265
矩阵；
预置观测目标区域中心点经纬度
Figure SMS_266
和/>
Figure SMS_267
矩阵；
预置观测目标区域优先级按照从高到低对应正整数从1开始排序。
以上任务规划输入参数由任务规划系统给出。
天线方位向长度
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；天线方位向波束宽度/>
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；方位向分辨率展宽系数/>
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；成像方位向分辨率/>
Figure SMS_271
。以上参数是SAR系统参数，由SAR载荷系统给出。
第2步，按照优先级高的目标先成像，相同优先级目标先方位向由近及远再距离向由近及远的原则，对全部预置观测目标从1到
Figure SMS_272
排序。
第3步，根据公式（1）和（2）计算全部预置观测目标的过顶时刻最小斜距,
Figure SMS_273
分别为第1、第2、一直到第/>
Figure SMS_274
个预置观测目标对应的过顶时刻最小斜距。
公式中任意时刻对应的卫星位置矢量和目标区域中心点位置矢量从任务规划输入参数的卫星位置矢量
Figure SMS_275
矩阵和中心点位置矢量/>
Figure SMS_276
矩阵中查找得到。
第4步，根据公式（3）计算全部预置观测目标区域一个波束宽度在方位向地面上的长度，
Figure SMS_277
分别为第1、第2、一直到第/>
Figure SMS_278
个预置观测目标区域对应的一个波束宽度在方位向地面上的长度；
第5步，根据公式（4）计算全部预置观测目标区域滑动聚束模式成像对应的波束地面速度，
Figure SMS_279
，分别为第1、第2、一直到第/>
Figure SMS_280
个预置观测目标区域滑动聚束模式成像对应的波束地面速度 ；
公式中任意预置观测目标区域固定波束下波束地面速度从任务规划输入参数的预置观测目标区域固定波束指向下天线波束地面速度
Figure SMS_281
矩阵查找得到。
第6步，根据公式（5）计算全部预置观测目标区域对应的成像时间长度，
Figure SMS_282
分别为第1、第2、一直到第/>
Figure SMS_283
个预置观测目标区域对应的成像时间长度；
公式中任意预置观测目标区域方位向成像长度从任务规划输入参数的预置观测目标区域方位向成像长度
Figure SMS_284
矩阵查找得到。
根据目标区域优先级排序，按照优先级高的目标先成像，相同优先级目标按照先方位向由近及远再距离向由近及远的原则，筛选可成像目标区域；
第7步，设置
Figure SMS_285
，即从第一个预置观测目标开始计算并判断各预置观测目标区域是否为可成像区域。
第8步，以
Figure SMS_286
时刻作为第/>
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个预置观测目标区域成像开始时刻，按照公式（6）计算成像结束时刻/>
Figure SMS_288
；在此需要说明的是，对于不同的预置观测目标区域，/>
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Figure SMS_292
时不能取优先级高的可成像目标区域对应的成像开始和结束时刻范围内的时刻点，以保证不同可成像目标区域在成像时间上没有冲突。
第9步，根据公式（7）计算第
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个预置观测目标区域的开始和结束时刻星地斜距矢量/>
Figure SMS_294
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；
公式中成像开始和结束时刻对应的卫星位置矢量，目标区域起始点和终止点位置矢量分别从从任务规划输入参数的卫星位置矢量
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矩阵，起始点位置矢量/>
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矩阵，中心点位置矢量/>
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矩阵中查找得到。
第10步，根据公式（8）和（9）计算第
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个预置观测目标区域的成像开始和结束斜视角/>
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，公式中成像开始和结束时刻对应的卫星速度矢量从任务规划输入参数的速度矢量/>
Figure SMS_302
矩阵中查找得到。
第11步，根据公式（10）判断第
Figure SMS_303
个预置观测目标区域是否是可成像目标区域，如果否，则成像开始和结束时刻分别加1，返回到第8步；
第12步， 如果第
Figure SMS_304
个预置观测目标区域为可成像目标区域，可成像目标区域数量加1，保存当前目标经纬度，成像开始和结束时刻，成像开始和结束斜视角；当前目标经纬度从任务规划输入参数的预置观测目标区域中心点经纬度/>
Figure SMS_305
和/>
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第13步，判断第
Figure SMS_307
个预置观测目标区域是否为最后一个预置观测目标区域？如果否，则/>
Figure SMS_308
，返回到第8步；
第14步，如果第
Figure SMS_309
个预置观测目标区域为最后一个预置观测目标区域，则输出全部多目标成像设计参数。
输出全部参数包括可成像多目标数量，每个可成像目标区域对应的目标经纬度，成像开始时刻，成像结束时刻，成像开始斜视角，成像结束斜视角。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，包括：
设定单个目标区域成像模式，所述单个目标区域成像模式采用斜视滑动聚束模式；
设定多目标成像含义，所述多目标成像含义为在一段连续时间内在不同时刻对不同目标区域进行成像；
设定多目标成像设计关键参数，所述多目标成像设计关键参数包括可成像目标数量、每个可成像目标区域对应的目标经纬度、成像开始时刻、成像结束时刻、成像开始斜视角和成像结束斜视角；
设定可成像目标区域筛选原则，所述的可成像目标区域筛选原则为优先级高的目标先成像，相同优先级目标按照先方位向由近及远再距离向由近及远的原则，从预置观测目标区域筛选可成像目标区域；所述预置观测目标区域的信息包含区域中心点的经纬度，测绘带中心沿方位向起始点、中心点和终止点在 WGS84 下的位置矢量，方位向成像长度，固定波束指向对应的波束地面速度；目标位于场景中心，即目标区域中心点经纬度为目标点经纬度；
具体包括如下步骤：
步骤1，设置输入条件，所述输入条件包括一段连续成像期间卫星精确轨道预报数据、预置观测目标区域信息和SAR系统参数；所述卫星精确轨道预报数据的数据时间长度包含所有预置观测目标对应的过顶时刻轨道预报数据，且包含 WGS84 坐标系下的卫星位置矢量和速度矢量，并做过偏航角和俯仰角两维姿态角修正，以保证非斜视成像时卫星速度方向和波束视线方向垂直；
步骤2，根据空间矢量距离关系，计算成像期间所有预置观测目标对应的最近斜距；
步骤3，根据星载SAR斜视滑动聚束模式成像原理，计算各目标区域成像时间长度；
步骤4，利用星地斜距矢量和卫星速度矢量空间标量积公式，计算成像期间任一时刻、任一目标区域对应的成像开始斜视角和成像结束斜视角；
步骤5，按照设定的可成像目标区域筛选原则，以开始斜视角和结束斜视角绝对量都不大于SAR系统最大可实现斜视角为判断依据，判定当前预置观测目标区域是否为可成像目标区域；
步骤6，输出多目标成像设计关键参数。
2.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述的单个目标区域成像模式包含前斜视成像和后斜视成像两种情况。
3.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，单个目标区域的大小按照距离向成像幅宽和方位向成像长度描述，目标处于成像区域中心；不同目标区域之间在地理位置和成像时刻上均没有重叠，目标区域的大小由地面任务规划系统根据目标几何特征确定。
4.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述的可成像目标区域筛选原则实现过程为：沿方位向分布的目标区域成像时刻有冲突时舍弃时间靠后的目标，沿方位向位置分布相同但沿距离向位置分布不同的目标区域优先对距离近的目标区域成像。
5.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述步骤1中，所述输入条件中的一段连续成像期间卫星精确轨道预报数据包含卫星在WGS84坐标系下的位置和速度矢量信息，同时做过偏航角和俯仰角两维姿态导引修正，偏航角修正值用
Figure QLYQS_1
表示，计算公式为：
Figure QLYQS_2
（1）
其中，
Figure QLYQS_3
为卫星角速度，/>
Figure QLYQS_4
为地球自转角速度，/>
Figure QLYQS_5
为轨道倾角，/>
Figure QLYQS_6
为卫星纬度辐角，
Figure QLYQS_7
在右侧视成像为1，左侧视成像时为-1；
俯仰角修正值用
Figure QLYQS_8
表示，计算公式为：
Figure QLYQS_9
（2）
其中，
Figure QLYQS_10
为轨道偏心率，/>
Figure QLYQS_11
为真近心角。
6.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述步骤2中，成像期间所有预置观测目标中的每一个预置观测目标对应的最近斜距用
Figure QLYQS_12
表示，即第n个目标卫星过顶时刻对应的最近斜距；假设卫星轨道预报数据共有/>
Figure QLYQS_13
个采样时刻，/>
Figure QLYQS_14
计算公式为：
Figure QLYQS_15
（3）
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（4）
其中，
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和/>
Figure QLYQS_19
分别为第/>
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个目标与轨道预报数据中第一个，第/>
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个和最后一个采样时刻卫星位置之间的距离；
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为第/>
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个目标在WGS84坐标系下的位置矢量；
Figure QLYQS_24
为第/>
Figure QLYQS_25
个轨道预报数据采样时刻卫星在WGS84坐标系下的位置矢量；
Figure QLYQS_26
为对多个标量取最小值函数。
7.如权利要求6所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述步骤3中，第
Figure QLYQS_27
个目标区域的成像时间长度用/>
Figure QLYQS_28
表示，计算公式为：
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（5）/>
Figure QLYQS_30
（6）
Figure QLYQS_31
（7）
其中，
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为第/>
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为第/>
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为第/>
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为第/>
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为多目标成像方位分辨率；/>
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为SAR天线方位向波束宽度；/>
Figure QLYQS_34
为方位向分辨率展宽系数；/>
Figure QLYQS_38
为SAR系统最大可实现斜视角。
8.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述步骤4中，目标区域开始成像时刻和结束成像时刻是相对于卫星轨道预报数据起始时刻定义；所述的任一目标区域用
Figure QLYQS_45
目标区域表示，成像开始斜视角用/>
Figure QLYQS_46
表示，计算公式为：
Figure QLYQS_47
（8）
其中，
Figure QLYQS_48
为第/>
Figure QLYQS_49
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为/>
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时刻卫星速度矢量；/>
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为SAR天线方位向波束宽度；
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Figure QLYQS_54
表示，计算公式为：
Figure QLYQS_55
（9）
其中，
Figure QLYQS_56
为第/>
Figure QLYQS_57
个目标区域在成像结束时刻为/>
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时刻卫星到目标的距离矢量，
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时刻卫星速度矢量。
9.如权利要求1所述一种星载SAR多目标成像参数设计方法，其特征在于，所述步骤5中，从预置观测目标区域筛选可成像目标区域的判断公式为：
Figure QLYQS_61
（11）
其中，
Figure QLYQS_62
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