[发明专利]一种基于时延离散化的SAR回波仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达回波信号领域，尤其涉及一种基于时延离散化的SAR回波仿真。

背景技术

合成孔径雷达(SAR：Synthetic Aperture Radar)仿真技术是一种用仿真的方法来研究SAR的技术，它在SAR的研究和研制工作中，具有十分重要的作用。仿真结果的逼真度和仿真运算效率是制约SAR仿真技术实际应用的两个因素，而这两大要素均与SAR回波仿真这一SAR仿真中的关键步骤密切相关。SAR回波仿真的逼真度可以通过对成像区域高精度的三维建模，高精度电磁散射特性仿真计算和适当的建模手段来保证；仿真效率可以通过设计高效的仿真结构，选择高性能仿真计算平台来保证。

随着SAR系统朝着高分辨的方向发展，SAR回波仿真的场景分辨率越来越高，SAR回波仿真所需的计算量也越来越大。SAR仿真技术的发展趋势就是可以高效率、高精度的完成不同成像方式下的SAR回波仿真，在保证仿真平台通用性的前提下提高仿真效率，尽量做到实时仿真。

SAR回波信号仿真中有两点非常重要，一是方位回波信号要保持一定的相位关系，产生多普勒相位函数；二是距离徙动的存在，不同方位向回波信号在距离向存在徙动。要快速、准确地生成这样的SAR原始回波信号，需要进行大量的数值计算。到目前为止，国内外很多SAR研究机构在进行SAR系统研究过程中提出了很多有效的回波信号生成算法，其中最具有代表性的是距离时域脉冲相干(RTPC)、距离频域脉冲相干(RFPC)法和二维频域快速傅氏变换(2DFFT)法等3种算法。

距离时域脉冲相干算法是一种精度很高的仿真算法，但是仿真计算量大，因此为了在保证运算精度的前提下提高运算效率，需要一种快速时域SAR回波仿真方法。

对于一个由M个散射单元组成的场景，使用距离时域脉冲相干计算，其SAR回波表达式为：其中，发射信号为s(t)，第i个散射单元的回波增益幅度为A_i，第i个散射单元的时延为η_i。如果发射的是线性调频信号，则其中，f_c为发射信号的载频，K为调频率。由于计算机计算sin和cos函数的时间较长，因此回波仿真主要耗费的时间在于计算exp[φ(t)]。

散射单元的时延η是一个介于脉冲采样开始时间t_start和采样结束时间t_end之间的连续随机变量。为了提高运行效率，将[t_start,t_end]这段时间以间隔T离散化，即将场景散射单元可能连续取值的时延离散为确定的几个值τ₁,τ₂...τ_N，这样计算exp[φ(t)]的时候只需要对这N个时延的虚拟等效散射单元进行计算，而不需要对场景中所有的散射单元进行计算。

如果场景散射单元的时延划分为N个值，即计算每个脉冲回波时将场景等效为N个不同时延的虚拟等效散射单元，则SAR回波表达式为其中，B_j为离散化后时延为τ_j的虚拟等效散射单元的等效增益幅度，A_j,i是时延η可以离散化为τ_j的散射单元回波增益幅度。如果不考虑时延离散化后增益幅度合并的时间，即计算的时间，则时延离散化后的运算时间是之前的N/M倍。一般情况下M＞10N，所以将散射单元时延离散化可以显著提高运行效率。而合并同一个时延增益的计算，因为做的是判断和加法，这部分是由CPU使用多线程来完成，占整个计算的时间很少的部分。

据此提出了使用时延离散化的方法计算SAR回波数据从而在保证运算精度的前提下提高了运算效率。

发明内容

本发明的主要目的是为了针对SAR仿真系统随着仿真场景分辨率提高，仿真场景中散射单元数目增加所带来的回波仿真计算量大的问题，研究设计的一种基于时延离散化的SAR回波仿真方法：首先把回波时延离散化，将散射单元的回波时延范围离散成确定的几个回波时延，从而得到对应离散后时延的等效散射单元，再计算每个散射单元的回波时延和回波增益幅度，然后根据每个散射单元的回波时延，将可以合并到同一个离散回波时延的散射单元的回波增益幅度进行叠加，获得等效散射单元的回波增益幅度，最后根据所有等效散射单元的回波增益幅度进行SAR回波计算。

一种基于时延离散化的SAR回波仿真方法，包括如下步骤：