一种基于最优方位模糊的双波束SAR的PRF选择方法及系统与流程

本发明涉及一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择方法及系统，属于微波遥感成像
技术领域：
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背景技术：
：方位向双波束合成孔径雷达(sar)能够对目标进行多次重访，具备多角度观测、动目标检测等应用模式，是未来sar系统的发展方向之一。方位向双波束sar系统主要存在的技术问题是：方位向双波束sar在系统设计时，系统关键参数脉冲重复频率(prf)的最优值很难确定，需要多次迭代进行设计，设计时间及设计成本较高。技术实现要素：本发明解决的技术问题为：有鉴于此，克服现有技术不足，提供一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择方法及系统，通过计算方位向双波束sar系统方位模糊度，再基于最优方位模糊原则，可以有效获得系统prf最优参数。本发明解决的技术方案为：一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择方法，步骤如下：(1)根据方位向双波束sar天线方向图，得到方位模糊在多普勒域出现位置，根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度；(2)根据步骤(1)的方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束。还包括步骤(3)如下：(3)通过方位向双波束sar仿真试验，验证步骤(2)的prf选择方法的正确性。根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度aasr，步骤如下：式中，ba为多普勒带宽，boff为多普勒中心频率，g为天线方向图，prf为脉冲重复频率，f为多普勒频率，i为非0整数。步骤(2)根据步骤(1)的方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束，步骤如下：(2.1)根据方位向双波束sar的方位模糊度，确定两个波束的中心频率差fc；(2.2)当最优脉冲重复频率prf选为前后向中心频率差2·fc的1/(n+0.5)时，n为正整数，得到prf，可以使另一波束中心距离主波束最远，带来最小的混叠，如下式：fc为前后向中心频率差步骤(2)建立方位向双波束星载sar，通过仿真计算得到最优prf，跟步骤(2)计算得到的最优prf相比较，若仿真计算得到最优prf与步骤(2)计算得到的最优prf相差一定范围内，则判定步骤(2)选择的最优的prf选择方法计算得到最优的prf是正确的，否则，判定步骤(2)选择的最优的prf选择方法不正确。一定范围为10hz以内。本发明一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择系统，包括：确定模块、prf选择模块；确定模块，根据方位向双波束sar天线方向图，得到方位模糊在多普勒域出现位置，根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度，送至prf选择模块；prf选择模块，根据从确定模块接收的接收方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束。还包括验证模块，验证模块通过方位向双波束sar仿真试验，验证prf选择模块中的prf选择方法的正确性。确定模块中根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度aasr，公式如下：式中，ba为多普勒带宽，boff为多普勒中心频率，g为天线方向图，prf为脉冲重复频率，f为多普勒频率，i为非0整数。prf选择模块根据方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束，具体如下：prf选择模块根据方位向双波束sar的方位模糊度，确定两个波束的中心频率差fc；当最优脉冲重复频率prf选为前后向中心频率差2·fc的1/(n+0.5)时，n为正整数，得到prf，可以使另一波束中心距离主波束最远，带来最小的混叠，如下式：fc为前后向中心频率差。本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明推导了方位向双波束sar的方位模糊计算方法，综合考虑了多普勒带宽，多普勒中心频率，天线方向图，脉冲重复频率，多普勒频率，提出了最优方位模糊度选取准则，使得最优方位模糊度选取更加准确，提高了精度。(2)本发明能够通过理论推导和仿真分析得到适合的方位向双波束合成孔径雷达(sar)方位模糊度计算方法；通过计算不同脉冲重复频率(prf)下系统的方位模糊度，按照最优方位模糊度选取原则，获得系统prf最优参数；通过仿真试验验证了本方法的可行性与正确性。(3)本发明根据最优方位模糊度选取准则，给出了最优prf选取方法，结合多方面因素从而准确确定最优prf。(4)本发明给出了方位向双波束sar最优prf计算方法，根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，在考虑方位向双波束sar的方位模糊度的情况下能够计算得到最优prf。(5)本发明给出了方位向双波束sar最优prf试验验证方法，能够准确确定最优prf的正确性。附图说明图1为本发明的流程图；图2为本发明双波束sar工作模式几何关系图；图3为本发明双波束sar工作模式时序关系图；图4为本发明方位向双波束sar多普勒频域示意图；图5为不同prf下系统aasr曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。本发明公开了一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择方法及系统，能够通过理论推导和仿真分析得到适合的方位向双波束合成孔径雷达(sar)方位模糊度计算方法；通过计算不同脉冲重复频率(prf)下系统的方位模糊度，按照最优方位模糊度选取原则，获得系统prf最优参数；通过仿真试验验证了本方法的可行性与正确性。本方法能够有效获取方位向双波束sar系统设计中关键参数prf的最优结果，是完成方位向双波束sar系统设计的关键步骤，本发明通过计算方位向双波束sar系统方位模糊度，再基于最优方位模糊原则，可以有效获得系统prf最优参数。本发明实现一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：步骤101：计算方位向双波束sar方位模糊度；具体的，附图2给出了方位向双波束sar天线的几何关系图，方位向双波束sar天线是通过天线产生前后两个对称波束(通常通过相控阵天线产生栅瓣，将第一栅瓣与主瓣调整对称)，能够使同一个目标区域会被先后照射两次。当系统工作时，利用主瓣和第一栅瓣同时发射和接收脉冲，接收时两路信号混叠在一个接收窗中，如附图3所示，其中，txn-1，txn，txn+1表示发射的第n-1、第n、第n+1个脉冲，tr表示接收时间。由于前向和后向波束的多普勒频率为一正一负，因此可以在多普勒频域采用带通滤波的方法将两路信号分离，进而分别成像。该模式由于存在两个波束，一个波束成像时另一个波束接收的信号相当于模糊杂波，因此系统的方位模糊度(aasr)计算方式与传统sar不同，需要重新分析计算。方位模糊是由于合成孔径雷达方位向的脉冲采样工作体制引起的。sar回波信号的方位多普勒频谱是被天线的双程方向图加权而成，并且方位向使用脉冲重复频率(prf)来采样。这样高于脉冲重复频率的多普勒信号经过采样后将折叠到方位频谱中心部分的处理带宽之内，从而造成了与主信号频谱的混叠，形成方位模糊。方位模糊度即为方位模糊能量与有用信号能量的比值。附图4中交叉网格区域为成像信号能量，通过prf采样后天线其他旁瓣(相对于前向波束)位置接收到的信号也会混叠入成像信号内，形成方位模糊信号。从图中可以看出，若系统prf较低，后向波束接收的很强的模糊信号也会混入成像信号，大大恶化成像性能。通过分析可以得到双波束sar方位模糊度(aasr)的计算公式如下式所示：式中，ba为多普勒带宽，boff为多普勒中心频率，g为天线方向图，prf为脉冲重复频率，f为多普勒频率，i为非0整数。步骤102：按照最优方位模糊度选取原则，获得系统prf最优参数；根据频谱的混叠特点，前后向两组频谱在频率轴上各自按prf为周期延拓，但相邻的前向频谱和后向频谱的重叠情况也是由prf决定的，如果以前向频谱作为参考，则prf取值增大时，可以理解为后向频谱沿着前向频谱滑动，同时两组频谱的延拓周期随着增大。当前后向两组频谱完全重合时，混叠完全无法分离，此时前后向中心频率差为prf的整数倍；当前后向两组频谱重合度最低时，前向频谱中心与相邻两段后向频谱中心距离相等时(即前向频带与后向频带在频率轴上均匀排列)，此时前后向中心频率差为prf的整数倍加上半个prf。因此，当prf选为前后向中心频率差2·fc的约1/(n+0.5)时(n为正整数)，可以使栅瓣中心距离主瓣中心最远，带来最小的混叠，如下式所示。步骤103：通过仿真试验验证方法的可行性和正确性；通过一个星载sar系统进行仿真来验证上述理论。构建合理的星载sar系统参数，通过步骤1给出的计算方法仿真出最优方位模糊度时的系统prf，再通过步骤2给出的计算准则计算出系统最优prf，比较这两个计算结果，若按照步骤1仿真计算得到最优prf与步骤2计算得到的最优prf相差一定范围内，则判定步骤2选择的最优的prf选择方法计算得到最优的prf是正确的，否则，判定步骤2选择的最优的prf选择方法不正确。一定范围为10hz以内。下面通过一个设计实例，说明本发明的方法能够得到方位向双波束sar最优prf。设计一个星载方位向双波束sar系统进行仿真来验证上述理论。星载方位向双波束sar系统参数如下表所示：表1星载sar系统仿真参数参数取值卫星轨道平均高度517km星地相对速度7462m/s中心频率9.6ghz光速3.0×108m/s方位向波束宽度0.39°双波束夹角3.94°prf范围4000hz～12000hz前向中心频率18655hz通过步骤2最优prf选择准则得到最优prf选为前后向中心频率差的约1/(n+0.5)，则能够选择的最优prf为10660hz。通过步骤1计算方法进行仿真分析，将prf从4000hz遍历到12000hz，得到不同prf下系统的aasr如附图5所示，附图5中横坐标为系统prf，纵坐标为方位模糊度aasr。可以看出，系统aasr有周期性的偏离和折叠。随着prf的变化，第一栅瓣和主瓣进行相对平移，aasr的值高低震荡。aasr的极大值在0db左右，而且保持稳定，它反映了后向和前向双程天线方向图的一致性，即主瓣和栅瓣完全重合时，有用信号能量近似等于模糊能量，导致aasr为0db。极小值随着prf的增大而减小，这是因为后向和前向区域的多普勒频谱可以通过多普勒带通滤波器进行分离，随着prf的增大，反褶进来的模糊能量相对减小，所以aasr的极小值会随着震荡逐渐降低。系统获得最优aasr位置时prf在10650hz附近，与步骤2理论计算相符，仿真证明了理论推导的正确性。本发明的一种基于最优方位模糊的双波束sar的prf选择系统，包括：确定模块、prf选择模块；确定模块，根据方位向双波束sar天线方向图，得到方位模糊在多普勒域出现位置，根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度，送至prf选择模块；prf选择模块，根据从确定模块接收的接收方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束。还包括验证模块，验证模块通过方位向双波束sar仿真试验，验证prf选择模块中的prf选择方法的正确性。确定模块中根据方位模糊在多普勒域出现位置，得到方位向双波束sar的方位模糊度aasr，公式如下：式中，ba为多普勒带宽，boff为多普勒中心频率，g为天线方向图，prf为脉冲重复频率，f为多普勒频率，i为非0整数。prf选择模块根据方位向双波束sar的方位模糊度，再根据采样定理以及频谱折叠特性，制定最优的prf选择方法，得到最优的prf，使双波束中的一个波束的方位模糊在多普勒域出现位置避开另一个波束，具体如下：prf选择模块根据方位向双波束sar的方位模糊度，确定两个波束的中心频率差fc；当最优脉冲重复频率prf选为前后向中心频率差2·fc的1/(n+0.5)时，n为正整数，得到prf，可以使另一波束中心距离主波束最远，带来最小的混叠，如下式：fc为前后向中心频率差。验证模块通过方位向双波束sar仿真试验，验证步骤(2)的prf选择方法的正确性，具体如下：建立方位向双波束星载sar，通过仿真计算得到最优prf，跟步骤(2)计算得到的最优prf相比较，若仿真计算得到最优prf与步骤(2)计算得到的最优prf相差一定范围内，则判定步骤(2)选择的最优的prf选择方法计算得到最优的prf是正确的，否则，判定步骤(2)选择的最优的prf选择方法不正确。本发明能够通过理论推导和仿真分析得到适合的方位向双波束合成孔径雷达(sar)方位模糊度计算方法；通过计算不同脉冲重复频率(prf)下系统的方位模糊度，按照最优方位模糊度选取原则，获得系统prf最优参数；通过仿真试验验证了本方法的可行性与正确性。而且本发明推导了方位向双波束sar的方位模糊计算方法，综合考虑了多普勒带宽，多普勒中心频率，天线方向图，脉冲重复频率，多普勒频率，提出了最优方位模糊度选取准则，使得最优方位模糊度选取更加准确，提高了精度。上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的优选实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页12