[发明专利]一种通用模式下星载SAR等效噪声系数的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种通用模式下星载SAR等效噪声系数的计算方法。

背景技术

合成孔径雷达（SAR）卫星近些年来发展迅速，由于SAR卫星不受天气、地理、时间等因素的限制，能够对地进行全天时的观测，且具有一定的穿透力，因而被广泛地应用于军事侦察、地形测绘、资源探测、海洋观测、生态监测、自然灾害监测、快速救援等方面。

等效噪声系数（NEσ⁰）是星载SAR中的一个重要指标，其直接反映了噪声对信号的干扰程度大小。等效噪声系数的计算需要借助于雷达作用距离方程。雷达作用距离方程是雷达系统设计中最基本也是最关键的，它关系到整个雷达系统性能的好坏。在某些情况下，有时要用到SAR系统的等效噪声系数NEσ⁰的概念，并且作为雷达任务的一个重要指标提出。所谓（NEσ⁰），定义为这样一个后向散射系数电平，其值等于雷达最终图像中的加性热噪声电平。NEσ⁰反映了SAR能够对其成像的后向散射系数的下限。

合成孔径雷达方程是从已知的SAR发射机、天线、传播路径和目标参数计算回波信号强度的基本方程。同样可以把这个方程扩展为表示回波信号功率对接收系统噪声功率之比的形式，然后再利用这个比值去评估SAR作为目标探测装置的性能，例如最大作用距离、最小可探测目标、辐射分辨率等。在设计阶段，往往要把计算过程颠倒过来。例如，当规定了作为探测成像装置的SAR的最大作用距离时，便可根据雷达方程决定SAR发射机必须具有的最小发射功率。借助于这个方程，可以深入理解雷达工作时各分系统参数的相互关系，这对于正确选择、分配各分系统指标具有重要的指导作用。

在系统设计、波位选取、平均功率确定时，等效噪声系数是主要的考核指标之一。因此，准确地计算等效噪声系数对于合成孔径雷达的总体性能分析起到了关键性作用，也具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种通用模式星载SAR等效噪声系数的计算方法，该方法以星地空间几何关系为基础，考虑了大扫描角的特殊情况，结合星载SAR条带模式、聚束模式和滑动聚束模式的工作原理来进行合成孔径时间的计算，并通过计算得到距离向天线方向图，最后计算得到了等效噪声系数。

本发明提出一种通用模式星载SAR等效噪声系数的计算方法，包括以下几个步骤：

步骤一：读入星载SAR系统的相关参数，包括：轨道高度H，卫星飞行速度v_sat,天线方位向尺寸La，天线距离向尺寸Lr，雷达工作波长λ，方位向分辨率ρ_a，距离向分辨率ρ_r，平均地球半径R_e，光速c，天线安装角η_f，波尔兹曼常数K，雷达接收机工作温度T，雷达接收机噪声系数F，系统损耗L，天线效率η，发射脉冲信号峰值功率P_t，脉冲宽度t_p，脉冲重复频率prf，方位向展宽因子K_w，天线中心视角θ_m，测绘带起始扫描角测绘带终止扫描角测绘带中间扫描角等效噪声系数距离向选取位置点个数N_r和方位向选取位置点个数N_a，距离向测绘带宽度SW_r，方位向观测带宽度SW_a；

步骤二：获取在中心时刻，波束照射场景中心点时的卫星地距几何关系参数；具体为：

（1）、以地球球心为原点建立星地空间几何关系坐标系，其中Z轴方向为由地球球心指向卫星；Y轴方向为以地球球心为起点，方向与卫星速度方向平行；X轴方向为以地球球心为起点，垂直于卫星航迹方向，使该坐标系构成右手直角坐标系；

（2）、获取在中心时刻，波束照射场景中心点时的波束中心视角θ_m′，入射角β_m′和地心角γ_m'：

（3）、获取波束照射场景中心点时波束中心照射点与卫星平台的斜距R_m；

（4）、获取测场景中心点B点的坐标(x,y,z)；

（5）、获取场景中心点B点所在距离向的小圆半径r和距离向离轴角α_B；

（6）、计算星载SAR系统的混合度因子ε；

①若星载SAR系统工作模式为条带模式，则混合度因子ε＝1；

②若星载SAR系统工作模式为聚束模式，则混合度因子ε＝0；