[发明专利]一种超低信噪比中高轨卫星目标ISAR成像方法

说明书

本发明涉及一种超低信噪比中高轨卫星目标ISAR成像方法，主要涉及到逆合成孔径雷达成像技术领域。本发明的方法利用目标卫星轨道和雷达天线相位中心位置计算地面雷达到目标卫星之间的斜距历程，对雷达接收的原始回波数据进行脉冲压缩；然后根据斜距历程和雷达成像几何参数校正目标包络的弯曲走动；沿方位向补偿电离层延迟相位，利用线性模型校正由雷达几何参数测量误差和卫星轨道测量误差导致的包络对齐误差；然后补偿目标平动相位并进行沿方位向快速傅立叶变换(FFT)，即得到初始的ISAR图像；最后根据初始ISAR图像估计并补偿目标二次平动相位误差，获得最终的中高轨卫星目标ISAR图像。

技术领域

本发明涉及一种超低信噪比中高轨卫星目标ISAR成像方法，主要涉及到逆合成孔径雷达成像技术领域，所述的超低信噪比是指信噪比的值不大于-10dB，所述的中轨卫星是指轨道高度不低于2000公里的卫星，所述的高轨卫星是指轨道高度不低于20000公里的卫星。

背景技术

中高轨SAR是运行于中轨或地球同步轨道的新型微波遥感雷达，对构建我国航天遥感体系，确保长期、稳定的航天微波遥感数据来源，加快高精度遥感数据库的建设具有重大意义，可广泛应用于中高分辨率重要地区立体测绘数据获取、灾害预警及监测等方面。相对于低轨SAR卫星，中高轨SAR卫星具有快速重访、时间分辨率高、成像观测范围大且能兼顾分辨率、区域连续观测时间长等独特优势，已经成为国内外研究的一个热点，但目前世界上还没有工程实施先例。中高轨SAR卫星由于其特殊的轨道特性在使其获得独特优势的同时，与低轨SAR存在明显不同的特点。

ISAR是一种真正能在地面实现星载SAR系统端到端测试的方法。进行ISAR成像时，雷达系统放于地面，将雷达天线波束指向上空经过的地球轨道上的卫星，利用在轨卫星的运动产生合成孔径并成像。ISAR成像时雷达系统的工作过程、工作参数、电磁波传播路径与SAR在星上对地成像观测时相同，特别适合于对中高轨SAR成像链路进行验证，因此研究中高轨ISAR成像具有重要的意义。相比于低轨卫星、飞机、舰船目标的ISAR成像，中高轨卫星目标ISAR成像主要面临超低信噪比回波(低于-50dB)、雷达成像几何参数存在测量误差等难点，使中高轨ISAR成像在方法上明显不同，因此研究中高轨ISAR成像具有重要的意义。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种超低信噪比中高轨卫星目标ISAR成像方法，该方法通过目标卫星轨道信息和雷达成像几何参数估计ISAR成像所需的包络弯曲走动量和目标平动相位，对目标包络校正残余误差和目标二次平动相位误差进行建模、估计和补偿，最终得到聚焦良好的ISAR图像，该方法填补了中高轨卫星目标ISAR成像的技术空白，能够为中高轨SAR系统和地面ISAR系统的设计与指标论证提供支撑，具有重要的应用价值。

本发明的技术解决方案是：

一种超低信噪比中高轨卫星目标ISAR成像方法，该方法的步骤包括：

1、第一步，根据测量的地面雷达天线相位中心位置矢量和测量的目标卫星的位置矢量，计算地面雷达到卫星目标的斜距变化历程，方法是：

1.1、首先测量地面雷达天线相位中心的位置矢量，并将测量得到的地面雷达天线相位中心位置矢量转换到WGS84地心固连坐标系，得到地面雷达天线相位中心在WGS84地心固连坐标系下的位置矢量P_r；

1.2、首先测量目标卫星的位置矢量，并将测量得到的卫星目标的位置矢量转换到WGS84地心固连坐标系，然后对转换后的位置矢量进行插值，得到目标卫星在WGS84地心固连坐标系下的位置矢量P_s(t_m)，t_m为第m个脉冲的发射时刻，m＝1,2,3,...；

1.3、计算从脉冲发射时刻到波束照射到目标卫星的时间延迟Δt_m＝|P_r-P_s(t_m)|/c，c为光速，|·|为计算矢量模值操作；