[发明专利]高分辨率微波成像卫星星地一体化仿真方法

摘要

本发明提供了一种高分辨率微波成像卫星星地一体化仿真方法，其包括以下步骤：步骤一，星地全链路误差梳理；步骤二，误差影响分析与建模；步骤三，雷达目标回波仿真；步骤四，成像处理；步骤五，成像结果评估。本发明从高分辨率微波成像卫星的星地一体化指标可实现角度详细梳理了星地全链路误差因素，并从影响因素指标的工程实现可行性方面对在轨标定需求进行了分析；对关键影响因素进行了误差影响分析和建模；然后基于影响因素误差模型及其与星地一体化指标的联系提出了一套雷达目标回波仿真方法；之后构建回波数据成像处理框架和流程；最后给出对成像处理结果的评估方法。

主权项

1.一种高分辨率微波成像卫星星地一体化仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，星地全链路误差梳理；步骤二，误差影响分析与建模；步骤三，雷达目标回波仿真；步骤四，成像处理；步骤五，成像结果评估；所述步骤一中具体包括以下步骤：步骤一十一，考虑的星地一体化指标包括方位向成像性能指标，距离向成像性能指标，定位精度和辐射精度；步骤一十二，影响星地一体化指标的卫星平台和载荷误差因素梳理，包括平台时钟、姿态数据、轨道数据、SAR系统参数和SAR天线参数；步骤一十三，影响星地一体化指标的空间误差因素梳理，包括电离层的群延迟、衰减、色散和闪烁以及大气层的延迟、衰减；步骤一十四，影响星地一体化指标的地面因素梳理，包括目标场景的动态范围、信杂比、高程精度，地面接收系统的误码率，成像处理系统参数估计误差、处理算法误差、方向图数据库误差、地球数字高程模型库误差，地面定标系统的几何标定误差、辐射标定误差、方向图测试误差和波束指向标定误差；所述步骤二中具体包括以下步骤：步骤二十一，将影响因素进行分类，具体包括影响距离向成像性能的SAR系统幅相误差和SAR天线色散误差、电离层色散、成像处理误差、方向图测试误差和波束指向标定误差，影响方位向成像性能的姿态误差、轨道误差、电离层和大气延迟误差、DEM误差、参数估计误差、几何标定误差、成像处理误差、方向图测试误差和波束指向标定误差，影响定位精度的时钟误差、轨道误差、几何标定误、DEM误差和处理算法误差，影响辐射精度的SAR系统内定标误差、方向图数据库误差、参数估计误差、处理算法误差、辐射标定误差、方向图测试误差和波束指向标定误差、目标场景的动态范围、信杂比；步骤二十二，误差对于距离向成像性能的影响原理均归结为引起线性调频信号畸变的幅度和相位误差模型；幅度误差模型如下式所示，其中H(ω)为幅度误差在频域的表示，a0为常数项，m为简谐畸变次数，am为误差系数，cm为余弦周期尺度；相位误差模型如下式所示，相位误差在频域的表示，b₀为线性相位项系数，n为简谐畸变次数，b_n为误差系数，c_n为余弦周期尺度；步骤二十三，误差对于方位向成像性能的影响原理均归结为引起SAR天线相位中心与地面目标间的斜距向量发生变化，这个斜距包括回波数据中体现的即成事实的斜距以及计算多普勒参考函数所用的测量斜距，星地斜距变量如下式所示，其中Rsat(t)为卫星位置矢量，Rt(t)为目标位置矢量，c为光速，Δτ为几何标定后残余的SAR通道时延误差以及大气、电离层延时误差，轨道误差主要影响Rsat(t)，高程误差主要影响Rt(t)；|R(t)|＝|Rsat(t)‑Rt(t)|+cΔτ/2步骤二十四，误差对定位精度的影响主要分测轨误差、斜距误差、高程误差和时钟误差四种因素分析，对于时钟误差，主要引入回波数据时标误差Δt，造成图像沿飞行方向的定位误差Δx＝Ve·Δt，其中Ve为等效速度；步骤二十五，误差对辐射精度的影响归结为方向图误差影响、空间损耗、成像处理误差、内定标和辐射定标误差；其中方向图误差具体包括姿态误差、SAR天线波束指向误差、方向图形状差的影响，空间损耗包括大气和电离层衰减；方位向方向图误差模型如下式所示，其中A、ω₀和分别为方位向波束抖动的幅度、角频率和初始相位，D_a为天线方位向尺寸，V_e为星地等效速度，φ为等效斜视角，λ为波长，R为斜距；距离向方向图误差模型如下式所示，其中θ_rm、ω₀和分别为距离向波束抖动的幅度、角频率和初始相位，D_r为天线距离向尺寸，θ_r0为滚动向波束离轴角，所述步骤三中具体包括以下步骤：步骤三十一，首先确定输入参数，各参数的误差模型根据步骤二确定；步骤三十二，建立SAR成像的星地几何关系模型和脉冲信号模型，综合各影响因素，计算原始回波信号、多普勒参数和雷达系统参数，回波仿真数据获取流程通过全数字仿真试验，也通过半物理仿真试验；步骤三十三，将回波仿真结果进行打包，形成数据输出文件；所述步骤四中具体包括以下步骤：步骤四十一，对原始回波数据文件解包，提取雷达工作参数、时间码、轨道参数、姿态参数、导航数据和SAR原始回波数据，对SAR原始回波数据进行解BAQ、通道不平衡校正预处理，对雷达工作参数进行解码和格式转换，对时间码、轨道参数、姿态参数进行插值、时间对准工作，对导航原始观测量进行事后处理来提高卫星测轨精度；步骤四十二，利用星历参数、在轨几何定标数据、在轨波束指向标定结果和DEM数据进行多普勒参数计算，并基于原始回波数据进行高精度多普勒参数估计；步骤四十三：利用多普勒参数和雷达工作参数对原始回波数据进行成像处理，获得原始复图像；步骤四十四，利用定标常数、在轨方向图测试数据、地面方向图测试数据和在轨几何标定数据对原始复图像进行辐射校正和几何校正，获得SAR图像二级产品；所述步骤五中成像结果评估分为点目标评估和场景目标评估，对于点目标主要评估指标包括分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比、峰值功率、峰值相位、定位精度、辐射精度，对于场景目标主要评估指标包括图像均值、方差、动态范围、等效视数、辐射分辨率。