[发明专利]一种基于稳态RCS的星载SAR高保真回波仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，特别涉及一种基于稳态RCS(Radar Cross-Section)的星载SAR(Synthetic Aperture Radar)高保真回波仿真方法。

背景技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种基于空间高度对地球进行观测的高分辨率遥感探测卫星雷达。由于SAR卫星能克服云雾雨雪和暗夜条件的限制对地面目标进行成像，能实现全天时、全天候、高分辨率、宽幅对地观测，因此在军事、海洋、农业和林业等诸多领域具有广阔的应用前景。但是，星载SAR系统成像原理十分复杂，数据处理以及成像处理设备庞大、昂贵，因此在SAR系统方案设计和成像处理算法研究过程中都离不开回波仿真。

星载SAR有效载荷通过主动发射线性调频信号对地面目标进行观测，为提高方位向分辨率，需要在不同的位置对目标进行观测。由于目标被不同角度来波照射时，所呈现出的后向散射特性存在着差异，尤其对于棱角分明的建筑物和军事目标，其后向散射特性存在明显的差异，简言之目标的后向散射特性是空间角度的函数。因此随着SAR天线同目标之间的相对位置关系发生了变化，在不同的位置观测目标的后向散射特性也是不同的。传统SAR回波仿真方法认为目标后向散射特性具有不变性，忽略了目标的空间角谱变化特性，无法真实的反映目标在整个合成孔径时间内的后向散射变化特性。此外传统SAR回波仿真方法无法反映回波信号从发射、传播、接收及处理的整个流程，SAR仿真图像的逼真度相对较差。随着星载SAR技术的发展和分辨率的提高，传统SAR回波仿真方法已经难以满足SAR系统方案设计，特别是在高分辨率成像模式下（如聚束模式和滑动聚束模式）这种需求显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对现有星载SAR回波仿真无法真实反映SAR工作原理及过程，提出了一种基于稳态RCS的星载SAR高保真回波仿真方法，利用本发明可以精确描述和重构SAR回波仿真信号，在回波仿真过程中反映了目标的空间角谱变化特性，真实反映目标在整个合成孔径时间内的后向散射变化特性。

一种基于稳态RCS的星载SAR高保真回波仿真方法，包括如下几个步骤：

步骤一：通过仿真参数表获取星载SAR回波仿真参数，包括：卫星轨道半长轴a，轨道倾角i，轨道偏心率e，仿真中心时刻τ，仿真中心时刻天线瞄准线在地球表面的焦点位置经度Λ₀，纬度Φ₀，天线波束下视角β，天线方位向长度L_a，天线距离向长度L_r，波长λ，调频率b，地球半短轴E_a，地球半长轴E_b，地球平均角运动速率n，地球引力场引力常数μ；

步骤二：设置场景，在转动地心坐标系下将场景映射到地面，确定每一个散射体T_i，j的坐标；

具体包括以下几个步骤：

（a）设置场景点阵T_a×T_r，以仿真中心时刻天线瞄准线在地球表面的焦点为场景中心点，其中，T_a为场景方位向点阵数目，T_r为场景距离向点阵数目，并设定场景方位向点阵间隔D_a，距离向点阵间隔D_r，场景坐标系以场景中心为原点，X轴沿南北方向，指北为正，Y轴沿东西方向，指东为正；

（b）获取每一个散射体T_i，j在场景坐标系下的坐标(x_t_i，j，y_t_i,j)；

（c）获取每一个散射体T_i，j的经度、纬度(Λ_i，j,Φ_i，j)；

（d）获取每一个散射体T_i，j在转动地心坐标系下的坐标(X_t_i，j，Y_t_i，j，Z_t_i,j)；

步骤三：根据星地空间几何关系及开普勒轨道方程确定卫星在方位某一时刻m的坐标(X_s_m,Y_s_m,Z_s_m)；

具体包括以下几个步骤：

（a）根据开普勒轨道方程确定方位某一时刻m的平均近心角M，偏心角E，真近心角θ，卫星矢径r；

（b）根据卫星矢径r和真近心角θ确定卫星在轨道坐标系下的坐标(x_s_m,y_s_m,z_s_m)；