专利名称：一种弹载非理想凝视聚束式sar混合度提取方法
技术领域：
本发明涉及一种弹载非理想凝视聚束式合成孔径雷达(SAR)混合度提取方法，属于信号处理技术领域。
背景技术：
合成孔径雷达概念的出现要追溯到1951年，美国Goodyear Aerospace公司的 Carlffiley发现，通过对多普勒频移进行处理，能够改善波束垂直向上的分辨率。据此就可以利用雷达得到二维地表图像。这种通过信号分析技术来构建一个等效长天线的思想称为合成孑L径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)。合成孔径雷达的出现扩展了原始的雷达概念，使它具有对目标(飞机、导弹、地面等)进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出极大的潜力，对国防技术现代化、国民经济建设具有十分重要的意义。较之各种光学和红外遥感器，合成孔径雷达弥补了它们受阳光辐射、云雾遮挡和天气条件影响的缺点，可以全天候、全天时、远距离地工作，而且可以穿透天然植被、人工伪装甚至地表土壤层，得到目标的高分辨率图像，为人们提供了非常有用的信息。SAR的应用优势首先体现在军事领域。在战术方面，它可以装备在侦查机、轰炸机、 战斗机、导弹上，完成重点战区全天候军事监视，大型坦克群的成像监视，反坦克雷场的探测。在特种应用方面，SAR能够完成强杂波背景下的目标识别，低空目标的探测与跟踪。在战略应用方面，SAR能够完成全天候全球战略侦察，全天候海洋军事动态监视，战略导弹终端要点防御的目标识别与拦截，以及对战略地下军事设施的探测。在实战应用方面，最著名的是在海湾战争中，美国联合监视和目标攻击雷达系统中的高分辨率机载SAR与长曲棍球星载SAR系统互相配合，牢牢监视海湾及中东地区，及时提供战场情报，为战争胜利创造了有利条件。在弹载SAR研究方面，上世纪八十年代微电子技术及计算机技术的发展使弹载实时成像成为可能。美国国防部计划把SAR列入高灵敏度雷达制导技术，并积极开展了 SAR 导引头的研制。1987年，美国雷声公司研制出了 X波段SAR导引头，切向分辨率为15米，能对海上和地面孤立目标及运动目标群进行搜索和跟踪；以色列航空公司为SWORD导弹研制了 SAR导引头，距离和方位向分辨率为15米，能从多目标中选择所要攻击的目标；GOODYEAR 宇航公司为美国空军空地导弹研制的“合成孔径自主制导雷达”，能够自动选择地面高价值目标。此外，德国、俄罗斯等国也先后开展了先进SAR导引头的研制工作。弹载SAR在发达国家已进入实用阶段，并开始广泛应用于战场侦查、精确打击以及毁伤评估等领域。我国对弹载SAR的研究起步较晚，主要着重在算法的机理研究和仿真成像。与国际先进水平相比，我国的弹载SAR技术与其存在一定的差距。但近年来，随着集成技术和雷达成像技术的发展，雷达已实现小型化，而且可利用SAR/ISAR原理对目标实现高分辨率成像，主动雷达导引头因其设备复杂、分辨率低而未能在小型飞行载体上得到应用的问题得以解决，为弹载SAR的发展提供了良好的条件。
合成孔径雷达成像主要有4种，条带式、聚束式、扫描式和逆SAR模式。(1).条带式(Stripmap) SAR:是最基本的成像模式。一般是指对与雷达飞行方向平行的地面条带成像，条带宽度从数公里到数百公里。随着雷达的运动，可以接收到被成像条带内的散射点沿雷达飞行方向的回波信号，利用方位向脉冲压缩技术获得相邻点方位向的高分辨率。(2).扫描式(ScanSAR) SAR =ScanSAR通过牺牲一定的分辨率性能，从而克服距离模糊对方位向脉冲重复频率的限制，以获得大的测绘带宽度，其天线控制和成像处理都较复杂一些，多用于星载中。(3).逆SAR(ISAR)是指观测台静止，目标运动的成像模式，因为SAR回波数据的特点是由探测器(SAR)和观测目标之间的相对运动关系决定的，因此这种模式下回波信号的特点与聚束模式类似。(4).聚束式(spotlight)SAR 通过控制SAR方位向天线波束指向，使波束始终“聚焦”照射在同一目标区域。这是一种适应于小区域、高分辨率的工作模式。对军事侦察和目标攻击具有重要应用价值。聚束模式下，由于SAR沿飞行路径连续照射同一块地区，增大了方位向的相干时间，从而增加合成孔径长度，天线波束宽度不再限制方位分辨率。因为SAR的方位向分辨率随合成孔径长度的增加而提高，所以聚束模式与条带相比，在天线长度不变的情况下可以获得更高的方位分辨率。聚束模式的缺陷是成像区域较小，但可实现多个小场景的成像，可在一定程度上弥补其不足。本发明所针对的弹载聚束模式中，SAR会随着平台位置的变动调整波束照射角度， 使得雷达波束中心始终指向地面上成像区域。但在实际系统中，雷达波束照射中心通常不能以理论上的角度照射成像区域，从而造成地面凝视点的偏离。这种非理想凝视通常是由波束控制方式或者波束控制精度引起。波束控制方式引起的误差是指平台实际运动过程中，雷达波束照射角度不可能实现理想的连续变化，而是离散变化的，这就导致波束中心照射角度变化间隔时间内轨迹上的点仍以同一角度照射地面，而不是以理想角度照射，从而造成地面上凝视点发生偏差。波束控制精度引起的误差是指波束以某一角度照射地面，由于设计及具体操作中不可避免的误差，该角度并非理想照射角度，两者之间会有一定偏差， 从而造成地面凝视点的变化。这两种误差产生方式都会在地面形成非理想凝视点。非理想凝视点的存在使得此时弹载SAR并非工作在理想聚束模式下，而是呈现出混合模式的特点，这就不可避免地出现混合度的估计问题。在混合模式中，混合度是一个非常重要的概念，后期系统性能分析、成像处理及校正等方面都会出现它的身影。首先，混合度会影响方位向各点的相干积累时间，从而影响方
位分辨率，经推导，混合模式下方位分辨率理论值为凡(D为天线方位孔径，M为混合
度)；其次，混合度会影响方位向测绘带宽度；另外，混合度还会使得回波信号主瓣展宽，旁瓣压低，方位向分辨率相对聚束模式有所下降，进而影响成像质量。因此需要找到一种适用于弹载非理想凝视聚束式SAR的混合度的获取方法，对地面形成的非理想凝视点进行数学建模处理，得到统一的混合度表达式，为后期系统性能分析及成像处理提供理论基础。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种弹载非理想凝视聚束式 SAR的混合度提取方法，能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，简化仿真过程，为后期成像处理及系统分析奠定基础。本发明的技术解决方案一种弹载非理想凝视聚束式SAR的混合度提取方法由于地面上非理想凝视点的存在，弹载SAR此刻已不再是理想聚束模式的情况， 而呈现出混合模式(滑动聚束模式)的特点。理想凝视点与非理想凝视点的延长线汇于地面下某点，由此引入混合度的概念。
权利要求
1.一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，其特征在于实现步骤如下 步骤一由给定的初始高度及初始混合度，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离h，H = -^H0(1)I-M0 0式中，Mtl为初始混合度，H0为初始高度，h为地面下波束中心交点距离地面垂直距离； 步骤二 由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点； 所述确定理想凝视点的方法为首先将轨迹点O1垂直投影到地面即O’工，垂直距离为 H1 ；然后由入射角识确定正侧视时对应的点A1, ο’ 平行于X轴，且ομ广代*tanp;再根据斜视角θ确定出理想凝视点B1位置，A1B1平行于Y轴，并且4饵=Itan…此时将轨迹COS炉点O1设定为轨迹起始点，并将轨迹点O1置于坐标系Z轴正方向，即Htl = H1, O’ i即为坐标H原点，则凝视点B1坐标为(饵*tan炉，~0)；cos φ步骤三根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度Va及非理想凝视点出现的时间t， 结合入射角和斜视角，确定该凝视点对应的轨迹点位置，具体如下已知非理想凝视点B2 (X2，Y2,0)，且该非理想凝视点出现时间为t，则方位向距离为Va*t，以此确定ο’ 2点位置(0，Va*t，0)；作过Bp B2的直线，过ο’ 2点作平行于X轴的直线，交点即为轨迹点对应的正侧视点A2, A2点Y轴坐标与 ο’ 2Y轴坐标相同，已知BJX1, Yi;0)、B2 (X2, Y2,0)坐标可确定直线B1B2表达式y == 得。(口一U、yi 2 — vl Jyl 2 "““ ]又2 一 1γ γ _ γ γ Υ—Υ坐标为(κ”- ν—;2)*-rV~， v^t ‘ 0)，即可确定轨迹点 的位置，22 tan ^ ° ^2-X1 Y2-Y1 tan φ步骤四根据步骤三得到的轨迹点，计算该轨迹点对应的混合度 M2 =~-~(2)h + O1O1h为地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离，o2o’2为某时刻轨迹点O2到地面垂直距离；步骤五由步骤三和步骤四得到的结果，根据地面非理想凝视点坐标及出现时刻 B2 (X2, Y2,0, t2)，B3 (X3, Y3,0，t3)，B4 (X4, Y4,0, t4) · · ·分别计算得出这三个非理想凝视点对应轨迹点的垂直高度o2o’ 2，o3o' 3，o4o' 4，并根据公式(2)分别计算混合度M2, M3, M4,由时间与混合度的一一对应关系，近似拟合得出对应的时变混合度表达式M(t) = f(t)，其中f (t) 为任意可能的以t为变量的表达式。
2.根据权利要求1所述的一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，其特征在于所述确定表达式M(t) = f(t)的方法是建立以t为X轴，M为Y轴的坐标系，将(t2， M2), (t3, M3), (t4，M4)...作为点的坐标表示在坐标系中，通过观察、连线的方法确定时变混合度表达式。
全文摘要
一种弹载非理想凝视聚束式SAR混合度提取方法，由给定的初始高度H0及初始混合度M0，计算地面下波束中心交点距离与地面距离垂直距离h；由已知起始点及入射角、斜视角，确定波束中心形成的理想凝视点；根据已知的非理想凝视点坐标、方位向速度及非理想凝视点出现的时间，结合入射角和斜视角，确定该凝视点对应的轨迹点位置；根据得到的轨迹点高度，计算混合度；根据上述得到的结果，将地面非理想凝视点分别映射到导弹运行轨迹上，并分别计算对应的混合度，进而拟合得出对应的时变混合度表达式M(t)＝f(t)。本发明能够有效适应于各种复杂的弹道轨迹，简化仿真过程，为后期系统性能分析及成像质量分析、校正奠定基础。
文档编号G01S13/90GK102176013SQ201010608628
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者徐华平, 朱亚迪 申请人:北京航空航天大学