基于波束指向调整的系统灵敏度优化设计方法与流程

本发明涉及一种设计新方法，特别是涉及一种基于波束指向调整的系统灵敏度优化设计方法。

背景技术：

合成孔径雷达(syntheticapertureradar，sar)因其全天时全天候高分辨率对地观测能力在军事及民用领域得到了广泛的应用，如战场侦查、海洋监测、农业普查及地形测绘等。系统灵敏度是sar图像应用的主要指标之一，它反映了合成孔径雷达能够成像的后向散射系数下限。系统灵敏度表征了卫星对弱小目标的观测能力，是反映sar图像信噪比的重要指标，因而也是星载sar系统参数设计中需要考虑的重要因素。

系统灵敏度与峰值发射功率、发射信号脉冲宽度、天线增益、脉冲重复频率、入射角、信号带宽、波长等诸多因素相关，系统灵敏度的优化是一个复杂的系统工程。一般可以通过提高天线增益、提高天线效率、增大峰值发射功率等方法改善系统灵敏度指标，但上述方法受到卫星能源、重量、天线尺寸等的限制，代价较高。

随着合成孔径雷达技术的发展，新体制的应用层出不穷，如干涉合成孔径雷达高度计等，提出了低视角的观测需求，但低视角时，传统设计方法系统灵敏度在视角范围内变化剧烈，近端和远端差异明显，导致图像质量不均匀等问题，如何改善系统灵敏度亟需重点开展研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于波束指向调整的系统灵敏度优化设计方法，其能够在一定程度上解决sar系统设计中系统灵敏度近端和远端差异大的问题，在低入射角时效果尤其显著，进而有效保障sar系统对地观测性能。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于波束指向调整的系统灵敏度优化设计方法，其包括以下步骤：

步骤一，依据系统参数进行波位设计；

步骤二，计算各波位系统灵敏度；

步骤三，计算波束指向调整量；

步骤四，按照新的波束指向设计方向图；

步骤五，计算调整后的系统灵敏度。

优选地，所述步骤一依据初步设计的系统参数，进行波位设计，确定各波位的prf及视角范围。

优选地，所述步骤二根据系统参数及方向图数据如下式所示计算各波位的系统灵敏度，

其中k为波尔兹曼常数，k取1.38×10^-23j/k；t为星载sar接收系统噪声温度；fn为整个接收通道的噪声系数；l为损耗，l包括系统损耗和大气损耗等；b为线性调频信号带宽；vs为卫星速度；r为sar天线相位中心至地物的斜距；θi为入射角；λ指载波波长；pt表示峰值发射功率；τp表示发射信号脉冲宽度；gt和gr分别指天线发射增益和接收增益；fp为脉冲重复频率；c为光速。

优选地，所述步骤三以近端视角系统灵敏度与远端视角系统灵敏度相同为优化目标函数，以中心下视角为初值，搜索计算各波位波束指向调整量，调整后波束中心指向为θl1。

优选地，所述步骤四按照调整后的波束中心指向θl1设计方向图，波位的起始视角及结束视角与调整前相同。

优选地，所述步骤五利用调整后的方向图，根据上式(1)所示计算波束中心指向调整后各波位的系统灵敏度，调整后各波位的系统灵敏度。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够提出调整波束中心指向的方法优化系统灵敏度，能够提出基于波束中心指向调整的系统灵敏度优化设计方法对系统硬件无额外需求，在小视角时改善效果较为明显。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为优化前各波位系统灵敏度曲线图。

图3为优化后各波位系统灵敏度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明基于波束指向调整的系统灵敏度优化设计方法包括以下步骤：

步骤一，依据系统参数进行波位设计；

步骤二，计算各波位系统灵敏度；

步骤三，计算波束指向调整量；

步骤四，按照新的波束指向设计方向图；

步骤五，计算调整后的系统灵敏度。

所述步骤一依据初步设计的系统参数如下表1所示，进行波位设计，确定各波位的prf(pulserecurrencefrequency，脉冲重复频率)及视角范围。

表1

所述步骤二根据系统参数及方向图数据如下式(1)所示计算各波位的系统灵敏度，

其中k为波尔兹曼常数，k取1.38×10^-23j/k；t为星载sar接收系统噪声温度；fn为整个接收通道的噪声系数；l为损耗，l包括系统损耗和大气损耗等；b为线性调频信号带宽；vs为卫星速度；r为sar天线相位中心至地物的斜距；θi为入射角；λ指载波波长；pt表示峰值发射功率；τp表示发射信号脉冲宽度；gt和gr分别指天线发射增益和接收增益；fp为脉冲重复频率；c为光速。

所述步骤三以近端视角系统灵敏度与远端视角系统灵敏度相同为优化目标函数，以中心下视角为初值，搜索计算各波位波束指向调整量如下表2所示，调整后波束中心指向为θl1。

表2

所述步骤四按照调整后的波束中心指向θl1设计方向图，波位的起始视角及结束视角与调整前相同。

所述步骤五利用调整后的方向图，根据上式(1)所示计算波束中心指向调整后各波位的系统灵敏度，调整后各波位的系统灵敏度如下表3所示。

表3

优化前各波位系统灵敏度见图2，优化后各波位系统灵敏度见图3。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。