一种SAR天线方向图高精度建模仿真方法与流程

一种sar天线方向图高精度建模仿真方法
技术领域
1.本发明属于建模仿真领域，尤其涉及一种sar天线方向图高精度建模仿真方法。


背景技术：

2.随着人类对高分辨率成像技术的深入探索，星载合成孔径雷达(sar)正朝着多模式、高分辨率、高质量成像的方向发展。同时，根据不同客户的需求，还要求卫星具备平飞双侧视、左侧视、右侧视成像能力，每种侧视状态下均要求具有条带模式、扫描模式和聚束模式等常见工作模式。对于扫描模式和聚束模式均要求天线具备方位向和距离向两维扫描，这要求sar天线的波位数增加很多。同时，多侧视状态、多分辨率/幅宽的要求，也造起sar天线的波位数增加几倍。按照以往对sar天线方向图测试方案要求对所有波位全覆盖测试，在有限的研制周期内根本无法完成。此外，高分辨合成孔径雷达对sar天线的波位指向精度要求极高，需要对在轨方向图标定来消除波位指向的误差，对所有波位的波位指向全覆盖标定根本无法完成。在实际sar天线的研制过程中只能对部分波位进行抽测，大部分波位的方向图测试和在轨方向图指向标定只能依靠方向图高精度建模仿真来保证。


技术实现要素：

3.本发明的技术目的是提供一种sar天线方向图高精度建模仿真方法，以解决sar天线方向图波位全覆盖测试耗时长问题。
4.为解决上述问题，本发明的技术方案为：
5.一种sar天线方向图高精度建模仿真方法，包括如下步骤：
6.s1：通过近场探头依次单独地对sar天线法向波位下的每个天线单元进行采集，得到相对应的探头数据；
7.s2：通过sar天线的载荷内定标系统依次单独地对sar天线法向波位下的每个天线单元进行采集，得到相对应的内定标数据；
8.s3：针对同一位置的天线单元建立探头数据与内定标数据之间的转换关系；
9.s4：在sar天线在轨工作模式下抽取部分波位，通过载荷内定标系统依次单独地对sar天线抽取的同一波位下的每个天线单元进行采集，得到相对应的内定标测量数据，并基于转换关系，得到探头计算数据；
10.s5：基于天线单元的加工尺寸进行等尺寸建模，基于同一波位下天线单元的探头计算数据并结合相对应的位置信息进行全阵仿真，得到不同波位下的仿真方向图。
11.进一步优选地，在步骤s1之前还需要采用近场测试法对sar天线的法向波位进行测试校验，待校验结束后进入步骤s1。
12.具体地，步骤s1中，探头数据包括幅度数据a
mn
,相位数据ψ
mn
；
13.步骤s2中，内定标数据包括幅度数据相位数据
14.其中，m,n分别用于表示对应的天线单元(m,n)，天线单元(m,n)的位置信息为(xm,yn,0),天线单元的位置信息为以sar天线所在的平面为xoy面的三维坐标系中。
15.具体地，在步骤s3中，针对同一位置的天线单元建立探头数据与内定标数据之间的转换关系的计算公式为
[0016][0017][0018]
其中，在步骤s4中，在第k个波位控制下，天线单元(m,n)得到的相对应的内定标测量数据，分别为为幅度数据相位数据基于转换关系，得到探头计算数据，分别为幅度数据相位数据
[0019]
其中，步骤s5具体为根据天线单元的加工尺寸进行等尺寸建模，根据天线单元同一波位的探头计算数据并结合对应的位置信息进行全阵仿真,获得不同波位下的仿真方向图，并根据天线单元实测方向图优化仿真参数；
[0020]
将sar天线中所有波位k下天线单元的数据信息(xm,yn,0,a
mnk
,ψ
mnk
)组成的(m*n
×
5)的整阵信息代入仿真方向图后进行全阵仿真，获得sar天线波位k的仿真方向图。
[0021]
较优地，还包括步骤s6，在平面近场测试环境下，通过近场测试方法获取sar天线部分波位的实测方向图，以此验证仿真方向图的准确性。
[0022]
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
[0023]
本发明利用sar天线的载荷内定标系统采集的定标数据进行了方向图高精度建模仿真，极大减少了sar天线方向图测试时间，保证了载荷的研制进度，为后续sar天线产品的方向图测试提供了参考，为载荷在轨方向图波位指向标定提供了极大的参考，提高效率减少时间成本。
附图说明
[0024]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
[0025]
图1为本发明的一种sar天线方向图高精度建模仿真方法的流程图；
[0026]
图2为本发明的sar天线的天线单元布局示意图；
[0027]
图3为本发明的sar天线探头数据采集示意图；
[0028]
图4为本发明的sar天线在hfss建模模型示意图；
[0029]
图5为本发明的0
°
波位实测与仿真方向图对比曲线图；
[0030]
图6为本发明的30
°
波位实测与仿真方向图对比曲线图。
具体实施方式
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图，并获得其他的实施方式。
[0032]
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表
其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
[0033]
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种sar天线方向图高精度建模仿真方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
[0034]
实施例1
[0035]
参看图1至图6，本实施例提供一种sar天线方向图高精度建模仿真方法，有效地解决了sar天线方向图波位全覆盖测试耗时长的问题，缩短了卫星研制周期，同时为星载sar天线在轨方向图反演提供了极大的参考。
[0036]
在执行本实施例之前还需要通过近场测试法对sar天线的法向波位进行测试校验，待校验结束后执行本实施例。具体地，首先在步骤s1中，通过近场探头依次单独地对sar天线法向波位下的每个天线单元进行采集，探头采集时一定保证探头与每个天线单元的相对位置保持一致，探头采集示意图如图3所示。进而得到相对应的探头数据，探头数据包括幅度数据a
mn
和相位数据ψ
mn
。
[0037]
其中，可参看图2，m,n分别用于表示对应的天线单元(m,n)，天线单元(m,n)的位置信息为(xm,yn,0),天线单元的位置信息是以sar天线所在的平面为xoy面的三维坐标系中，因此z轴坐标为0。幅度数据a
mn
和相位数据ψ
mn
则为天线单元(m,n)所对应的探头数据。
[0038]
接着，在步骤s2中，通过sar天线的载荷内定标系统依次单独地对sar天线法向波位下的每个天线单元进行采集，采集时，法向波位下的天线单元依次打开，得到相对应的内定标数据。内定标数据包括幅度数据相位数据
[0039]
进而在步骤s3中，针对同一位置的天线单元建立探头数据与内定标数据之间的转换关系。其幅度转换关系为其相位转换关系为
[0040]
然后在步骤s4中，在sar天线在轨工作模式下抽取部分波位，通过载荷内定标系统依次单独地对sar天线抽取的同一波位下的每个天线单元进行采集，得到相对应的内定标测量数据，并基于转换关系，得到探头计算数据。假设此时为第k个波位控制下，则天线单元(m,n)得到的相对应的内定标测量数据，分别为为幅度数据相位数据基于步骤s3中得到的转换关系，计算得到探头计算数据，分别为幅度数据相位数据
[0041]
接着，在步骤s5中，在hfss软件中建立天线单元等尺寸模型，模型示意图如图4所示。基于同一波位下天线单元的探头计算数据并结合相对应的位置信息进行全阵仿真，得到不同波位下的仿真方向图，此外还根据天线单元的实测方向图优化仿真参数。后一步，将sar天线中所有波位k下天线单元的数据信息(xm,yn,0,a
mnk
,ψ
mnk
)组成的(m*n
×
5)的整阵信息代入仿真方向图后进行全阵仿真，获得sar天线波位k的仿真方向图。
[0042]
较优地，参看图5和图6，还包括步骤s6，在平面近场测试环境下，利用近场测试方法获取天线部分波位的实测方向图，以此验证方向图高精度建模仿真的准确性。抽取多个波位分别对方向图进行测试获得实测方向图，以抽取0
°
波位和30
°
波位方向图为例，进行实
测与仿真对比，其中0
°
波位对比方向图如图5，30
°
波位对比方向图如图6所示；对比结果显示方向图具有很好的一致，其余波位以建模仿真验证为主，抽取部分波位测试来验证方向图高精度建模仿真的准确性。
[0043]
综上所述，本实施例解决了sar天线方向图测试时间长的问题，保证了载荷的研制进度，为后续sar天线产品的方向图测试提供了参考，为载荷在轨方向图波束指向标定提供了极大的参考。
[0044]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。