合成孔径雷达方位向参数控制方法、装置及存储介质与流程

本申请涉及合成孔径雷达(syntheticapertureradar，sar)技术领域，具体涉及一种sar方位向参数控制方法、装置及存储介质。

背景技术：

sar具有全天候、全天时成像特点。作为一种成像雷达，提高测绘带宽是sar的追求目标。合成孔径雷达高分辨率宽测绘带对地观测步进扫描(terrainobservationwithprogressivescans)模式(又称topsar模式)，从分辨率及幅宽性能上和扫描scansar模式相近，但topsar模式克服了scansar模式方位向扇贝效应，且信噪比和方位模糊性能优于scansar模式。topsar模式在德国terrasar-x卫星上首次获得成像应用利用。

topsar模式虽然可以获得良好的成像性能，但该模式需要进行方位向波束扫描，即对各子带在方位向上从后往前扫描，相关技术中，topsar模式中方位向参数设计过于简单，难以满足工程应用要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种sar方位向参数控制方法、装置及存储介质，旨在使得topsar模式下方位向参数能够快速确定，且能满足sar图像获取质量的要求。

本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种合成孔径雷达方位向参数控制方法，所述方法包括：

基于条带模式方位分辨率和topsar的方位分辨率的关系确定topsar模式下距离向各子带的方位向扫描角速度；

基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系确定各子带的子带成像时长和回归时长，其中，n为所述topsar模式下距离向子带数，n为大于1的整数；

根据各子带的所述方位向扫描角速度和所述子带成像时长确定各子带对应的方位向扫描角；

根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度。

第二方面，本申请实施例提供一种合成孔径雷达方位向参数控制装置，所述装置包括：

角速度确定模块，用于基于条带模式方位分辨率和topsar模式方位分辨率的关系确定topsar模式下距离向各子带的方位向扫描角速度；

时间确定模块，用于基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系确定各子带的子带成像时长和回归时长，其中，n为所述topsar模式下距离向子带数，n为大于1的整数；

扫描角确定模块，用于根据各子带的所述方位向扫描角速度和所述子带成像时长确定各子带对应的方位向扫描角；

成像长度确定模块，用于根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度。

第三方面，本申请实施例提供一种合成孔径雷达方位向参数控制装置，其包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序时，实现前述实施例所述的方位向参数控制方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述实施例所述的方位向参数控制方法。

本申请实施例提供的技术方案中，通过基于条带模式方位分辨率和topsar模式方位分辨率的关系确定topsar模式下距离向各子带的方位向扫描角速度，且基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系确定各子带的子带成像时长和回归时长，根据各子带的所述方位向扫描角速度和所述子带成像时长确定各子带对应的方位向扫描角，根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度，从而确定了topsar模式下距离向各子带对应的方位向扫描角、子带成像时长、方位向成像长度及回归时间，满足了工程应用的图像成像质量要求，且依据相邻两次成像区域拼接的几何关系，可以实现topsar模式下方位向参数的快速确定。

附图说明

图1为本申请一实施例方位向参数控制方法的流程示意图；

图2为本申请一实施例中一子带方位向相邻两次成像的几何关系示意图；

图3为本申请一实施例中方位向参数控制装置的结构示意图；

图4为本申请一实施例中方位向参数控制装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本申请技术方案做进一步的详细阐述。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，以下所提供的实施例是用于实施本申请的部分实施例，而非提供实施本申请的全部实施例，在不冲突的情况下，本申请实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请实施例sar方位向参数控制方法应用于topsar模式，该topsar模式是指在每个子带内，天线在方位向沿着轨迹方向，从后往前扫描并接收回波，通过控制天线方位向扫描角速度来改变分辨率；一子带扫描结束后，在距离向上，通过切换波束指向使得天线照射不同的子带，从而实现单个循环周期内各子带的扫描，进行宽测绘带。

请参阅图1，本申请实施例sar方位向参数控制方法包括：

步骤101，基于条带模式方位分辨率和topsar模式方位分辨率的关系确定topsar模式下距离向各子带的方位向扫描角速度；

本申请实施例中，进行方位向参数控制之前先进行初始化参数设置，该初始化参数可以包括：topsar模式下距离向子带数、雷达天线的发射波长、光速、定标信号发射次数、各子带脉冲重复频率、各子带对应的距离向最近和最远斜距、各子带最近和最远斜距对应的相对地速、各子带的方位向波束宽度、topsar模式方位分辨率、时间余量。其中，距离向子带数n可以为大于1的整数，雷达天线的发射波长可以根据配置的发射波段进行选择，各子带对应的距离向最近和最远斜距基于雷达的高度和子带的所处位置确定。

在一些实施例中，所述基于条带模式方位分辨率和topsar模式方位分辨率的关系确定topsar模式下各子带的方位向扫描角速度，包括：

针对topsar模式下距离向的每个子带，基于雷达天线的发射波长和相应子带的方位向波束宽度确定相应子带的条带模式方位分辨率；

基于相应子带的条带模式方位分辨率与topsar模式方位分辨率对应的分辨率因子确定相应子带的方位向扫描角速度。

其中，条带模式方位分辨率与子带的斜距没有关系，只与波长和方位向波束宽度有关，第n个子带的条带模式方位分辨率计算公式为：

上式中，λ为波长，为第n个子带方位向波束宽度，n∈[1,n]，n为所述topsar模式下距离向子带数，n为大于1的整数。

第n个子带的topsar模式方位向分辨率和条带模式方位分辨率之间相差一个分辨率因子αⁿ。

上式中，为第n个子带的最远斜距，为第n个子带的最远斜距对应的星地相对地速，为第n个子带的方位向扫描角速度。方位向扫描角速度是指天线在子带上沿方位向扫描的角速度，用于调整topsar模式方位分辨率。

工程实现时，同一子带的为固定值。同一子带内星地相对地速的变化远小于斜距的变化，根据公式(3)同一子带内topsar模式方位分辨率随斜距增加变差，为保证子带内所有目标满足方位分辨率要求，可选地，αⁿ计算用子带的最远斜距和对应的星地相对地速。

本申请实施例中，所述方位向扫描角速度基于如下公式确定：

其中，αⁿ为第n个子带对应的分辨率因子，为第n个子带的最远斜距，为第n个子带最远斜距对应的星地相对地速。本申请实施例中，方位向扫描角速度的确定考虑了其随斜距的变化因素，保证子带内素有目标满足方位分辨率要求，提高了参数设计结果的可靠性。

步骤102，基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系，确定各子带的子带成像时长和回归时长。

其中，回归时长是指同一子带方位向两次连续成像间隔时间，即n个子带循环成像一次所需要的时间，各子带的回归时长相等。子带成像时长是指子带对应的方位向波束扫描时长。本申请实施例中，确定各子带的子带成像时长和回归时长包括：基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系，建立并求解一关于以各子带的子带成像时长和回归时间为变量的n+1元一次方程组，获得各子带的子带成像时长和回归时长。

本申请实施例中，所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系满足两方面的要求：

第一，一个回归时长内卫星飞过的距离等于一个子带的一次成像长度；

第二，所述回归时长大于各子带的子带成像时长的总和；其中，所述回归时长与各子带的子带成像时长的总和之差定义为时间余量，所述时间余量的取值使得所述n+1元一次方程组对应的变量的解均为正值，即各子带的子带成像时长和回归时长均为正值。

请参阅图2，为了使得topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域无缝拼接成像一个回归时间内卫星飞过的距离等于一个子带一次成像长度。此外，地面要对两幅图像正确拼接，要求同一子带相邻两个回归周期方位向成像区域须有一定重叠，即要求回归时间大于各子带成像时长的总和。

根据上述两方面的要求，可以得到公式(5)和(6)，具体如下：

上式中，为第n个子带的子带成像时长，tr为回归时长，tg为时间余量。

改变公式(6)和(7)的形式，并以tr为n+1个未知量，组成n+1元一次方程组(7)：

通过求解方程(7)可得到tr。

需要说明的是，n+1个未知量的解必须为正值，若出现负值，修改tg取值，直到n+1个未知量的解都为正值。

本申请实施例把回归时长作为一个未知变量和各子带的子带成像时长一起，建立并求解一个n+1元一次方程组，直接得到回归时长，计算效率更高。

需要说明的是，步骤101可以执行于步骤102之前或者之后或者同步执行，本申请实施例不做具体限定。

步骤103，根据各子带的所述方位向扫描角速度和所述子带成像时长确定各子带对应的方位向扫描角；

本申请实施例中，将各子带的方位向扫描角速度和对应的子带的子带成像时长相乘，得到各子带对应的方位向扫描角。

第n个子带的方位向扫描角计算公式如下：

上式中，θn为第n个子带的方位向扫描角。第n个子带的方位向扫描角范围由θn确定，方位向扫描角范围为-θn～θn。

步骤104，根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度。

为了提高方位向成像长度的准确性，本申请实施例在确定各子带对应的方位向成像长度时，考虑工程实现过程中回波接收延时和发射定标脉冲引起的有效成像时长的减少，使方位向成像长度计算更加准确、有效。

在一些实施例中，所述根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度，包括：基于获得的各子带的所述子带成像时长、对应的回波接收延时时长和定标信号接收时长，确定各子带对应的所述方位向成像长度。

这里，所述回波接收延时时长基于如下公式确定：

其中，为所述回波接收延时时长，floor()表示向下取整函数，表示第n个子带对应的最近斜距，prfⁿ表示第n个子带对应的发射脉冲重复频率，c为光速。

各子带一次成像结束时，由于波束要切换到其它子带，没有返回的脉冲回波接收不到，导致第n个子带方位向有效成像长度减小。

所述定标信号接收时长定义为第n个子带雷达发射首尾内定标信号占用的成像时长，在此期间雷达不接收地面目标信号，引起第n个子带方位向有效成像长度减小。所述定标信号接收时间基于如下公式确定：

其中，为所述定标信号接收时长，prfⁿ表示第n个子带对应的发射脉冲重复频率，ncal为定标信号发射次数。

各子带有效成像时长为成像时长减去回波接收延时脉冲数和定标信号接收时长，第n个子带的有效成像时长计算公式如下：

第n个子带的有效成像长度wⁿ计算公式如下：

上式中，为第n个子带最近斜距处星地相对地速。

本申请实施例sar方位向参数控制方法，可以高效、准确地确定方位向参数，其中，方位向参数包括：各子带的方位向扫描角、方位向成像时长、方位向成像长度及回归时长。通过本实施例参数控制方法，实现了topsar模式下方位向参数的智能确定，参数全面，能够满足工程应用的sar成像质量的要求。

本申请实施例中，通过建立并求解n+1元一次方程组，直接得到回归时长，计算效率高。此外，本申请实施例将影响方位向成像质量的不利因素引入参数设计中，譬如，该方程组中未知变量系数分别用子带内最远斜距和对应的星地相对地速，保证各子带内最差方位分辨率满足设计要求，使得参数设计结果更加可靠。。再次，各子带方位向成像长度计算考虑实际工程实现过程中回波接收延时和发射定标脉冲引起的有效成像时长的减少，使方位向成像长度计算更加准确、有效。

为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供一种sar方位向参数控制装置，应用于topsar模式，请参阅图3，该装置包括：

角速度确定模块301，用于基于条带模式方位分辨率和topsar模式方位分辨率的关系确定topsar模式下距离向各子带的方位向扫描角速度；

时间确定模块302，用于基于所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系，确定各子带的子带成像时长和回归时长，其中，n为所述topsar模式下距离向子带数，n为大于1的整数；

扫描角确定模块303，用于根据各子带的所述方位向扫描角速度和所述子带成像时长确定各子带对应的方位向扫描角；

成像长度确定模块304，用于根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度。

在一些实施例中，角速度确定模块301具体用于：针对topsar模式下距离向的每个子带，基于雷达天线的发射波长和相应子带的方位向波束宽度确定相应子带的条带模式方位分辨率；基于相应子带的条带模式方位分辨率与topsar模式方位分辨率对应的分辨率因子确定相应子带的所述方位向扫描角速度。

在一些实施例中，基于相应子带的分辨率因子、最远斜距、最远斜距对应的星地相对速度确定方位向扫描角速度。

可选地，所述方位向扫描角速度基于如下公式确定：

其中，为第n个子带的方位向扫描角速度，αⁿ为第n个子带对应的分辨率因子，为第n个子带的最远斜距，为第n个子带最远斜距对应的星地相对地速，n∈[1,n]。

在一些实施例中，所述topsar模式下同一子带方位向相邻两次成像区域拼接的几何关系满足：

一个回归时长内卫星飞过的距离等于子带一次成像长度；及

所述回归时长大于各子带的子带成像时长的总和；其中，所述回归时长与各子带的子带成像时长的总和之差定义为时间余量，所述时间余量的取值使得所述n+1元一次方程组对应的变量的解均为正值。

在一些实施例中，所述根据各子带的所述子带成像时长确定各子带对应的方位向成像长度，包括：

基于获得的各子带的所述子带成像时长、对应的回波接收延时时长和定标信号接收时长，确定各子带对应的所述方位向成像长度。

在一些实施例中，所述回波接收延时时长基于如下公式确定：

其中，为所述回波接收延时时长，floor()表示向下取整函数，表示第n个子带对应的最近斜距，prfⁿ表示第n个子带对应的发射脉冲重复频率，c为光速。

在一些实施例中，所述定标信号接收时长基于如下公式确定：

其中，为所述定标信号接收时长，prfⁿ表示第n个子带对应的发射脉冲重复频率，ncal为定标信号发射次数。

实际应用时，所述角速度确定模块301、时间确定模块302、扫描角确定模块303及成像长度确定模块304可由sar方位向参数控制装置中的处理器实现。当然，处理器需要运行存储器中的计算机程序来实现其功能。

需要说明的是：上述实施例提供的sar方位向参数控制装置在进行sar方位向参数控制时，仅以上述各程序模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分处理。另外，上述实施例提供的sar方位向参数控制装置与sar方位向参数控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

基于上述程序模块的硬件实现，且为了实现本申请实施例的方法，本申请实施例还提供一种sar方位向参数控制装置。图4仅仅示出了该sar方位向参数控制装置的示例性结构而非全部结构，根据需要可以实施图4示出的部分结构或全部结构。

本申请实施例提供的sar方位向参数控制装置400包括：至少一个处理器401、存储器402、用户接口403和至少一个网络接口404。sar方位向参数控制装置400中的各个组件通过总线系统405耦合在一起。可以理解，总线系统405用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统405除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图4中将各种总线都标为总线系统405。

其中，用户接口403可以包括显示器、键盘、鼠标、轨迹球、点击轮、按键、按钮、触感板或者触摸屏等。

可以理解，存储器402可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。

本申请实施例中的存储器402用于存储各种类型的数据以支持sar方位向参数控制装置400的操作。这些数据的示例包括：用于在sar方位向参数控制装置400上运行的任何计算机程序，如可执行程序4021，实现本申请实施例的sar方位向参数控制方法的程序可以包含在可执行程序4021中。

本申请实施例揭示的sar方位向参数控制方法可以应用于处理器401中，或者由处理器401实现。处理器401可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，方位向参数控制方法的各步骤可以通过处理器401中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器401可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp，digitalsignalprocessor)，或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器401可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤，可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中，该存储介质位于存储器402，处理器401读取存储器402中的信息，结合其硬件完成本申请实施例提供的方位向参数控制方法的步骤。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，具体为计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以包括：移动存储设备、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、只读存储器(rom，read-onlymemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述可读存储介质存储有计算机程序；所述可计算机程序用于被处理器执行时实现本申请任一实施例所述的sar方位向参数控制方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。