專利名稱：一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法，屬于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種全天時(shí)、全天候的高分辨率的微波遙感成像雷達(dá)，可安裝在飛機(jī)、衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行平臺上。在環(huán)境監(jiān)測、海洋 觀測、資源勘探、農(nóng)作物估產(chǎn)、測繪和軍事等方面的應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢，可發(fā)揮其他遙感手段難以發(fā)揮的作用。掃描工作模式是SAR的基礎(chǔ)工作模式之一，主要用于距離向?qū)挏y繪帶成像。當(dāng)SAR工作在掃描模式時(shí)，天線在一個(gè)波束指向上發(fā)射脈沖并接收相應(yīng)回波，形成當(dāng)前子條帶的回波數(shù)據(jù)塊，然后跳轉(zhuǎn)到另一波束指向，繼續(xù)發(fā)射并接收回波，獲取新子條帶的回波數(shù)據(jù)塊。不斷重復(fù)此過程便可獲得相互平行的子條帶的回波數(shù)據(jù)塊，然后經(jīng)過成像處理和拼接，就可以獲得較寬的測繪帶結(jié)果。在進(jìn)行掃描工作模式的波位設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要進(jìn)行的條帶模式的波位設(shè)計(jì)，得出幾組不同測繪帶寬度的波位設(shè)計(jì)結(jié)果，然后在從中選取能夠完全覆蓋測繪區(qū)域的波位。目前，上述選擇過程是利用斑馬圖手動進(jìn)行的，選擇過程中不能直觀的比較不同選擇方式的性能參數(shù)優(yōu)劣，選擇的結(jié)果依賴于操作人員的個(gè)人判斷，因此波位選擇的最終結(jié)果具有很大的隨意性，并不一定是性能參數(shù)最優(yōu)的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對掃描工作模式下，波位的選取僅能通過手動選擇、波位選擇結(jié)果非參數(shù)最優(yōu)結(jié)果的問題，提出一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法。本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法，包括如下步驟步驟一、根據(jù)距離向測繪區(qū)域、等效后向散射系數(shù)(NESZ)最大值、模糊比最大值參數(shù)的限制，以及可選用的i組條帶寬度Iw1 W2. . . WiI ,分別進(jìn)行條帶工作模式波位設(shè)計(jì)，得出i組不同條帶寬度的波位% ... -Y ,;V^11 % - - } *并將其并集{-' . …... A -T15…A,,j作為掃描工作模式的待選波位集合；步驟二、初始波位選擇在所述的待選波位集合^ll - ….%…S xn…xf,,j中選取波位覆蓋區(qū)域包含距離向測繪區(qū)域近端的波位集合“ 3 ... A1J，作為掃描工作模式波位選擇的待選起始波位；其余波位的集合fzi z1... 作為待選后續(xù)波位；步驟三、波位樹的構(gòu)建從起始波位集合f.v, .V2 ... 中依次選取元素yk, k =1，2…nroot作為根節(jié)點(diǎn)，分別構(gòu)建n_t個(gè)波位樹，其中子節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)波位含有重合的覆蓋區(qū)域；
步驟四、波位樹的遍歷對于已構(gòu)建的n_個(gè)波位樹依次進(jìn)行遍歷，在波位樹的各個(gè)支路中找出能夠滿足測繪帶覆蓋要求的波位組合，即該支路的根節(jié)點(diǎn)波位的近端下視角小于要求覆蓋區(qū)域的近端下視角、葉節(jié)點(diǎn)波位的遠(yuǎn)端下視角大于要求覆蓋區(qū)域的遠(yuǎn)端下視角，并分別計(jì)算對應(yīng)波位的NESZ、方位向模糊度、距離向模糊度；步驟五、選取最優(yōu)波位組合從步驟四的遍歷結(jié)果中，選取參數(shù)最優(yōu)的波位組合，作為掃描工作模式的波位設(shè)計(jì)結(jié)果。步驟三中構(gòu)建波位樹采用以下方法首先將待選后續(xù)波位^ Z2…分為I補(bǔ)的兩個(gè)集合tn., . ' - 和... ，其中k .V1: ... .Vfaj作為根節(jié)點(diǎn)yk的子節(jié)點(diǎn)集合，V - 作為新的待選后續(xù)波位集合，將h Z2 ... 中波位覆蓋區(qū)域與根節(jié)點(diǎn)yk波位覆蓋區(qū)域有重疊的元素集合作為1 yn ... ，剩余元素集合作為(2I ' Z2 ' — Z',,Aia I，然后依照上述原則從新的待選后續(xù)波位集合I2/ Z2' Z' l[k I中分別選取子節(jié)點(diǎn)Vw ... 的子節(jié)點(diǎn)，并產(chǎn)生新的待選后續(xù)波位集合，重復(fù)上述過程，直至待選后續(xù)波位集合為空集。本發(fā)明的有益效果本方法擺脫了手動選擇掃描工作模式的限制，能夠利用程序?qū)Ω采w測繪區(qū)域的所有波位組合進(jìn)行遍歷，從中選取參數(shù)最優(yōu)的波位組合。


圖1條帶模式波位設(shè)計(jì)結(jié)果；圖2以X1為根節(jié)點(diǎn)建立的波位樹；圖3以X2為根節(jié)點(diǎn)建立的波位樹；圖4為滿足覆蓋要求的波位示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明方法進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例中，衛(wèi)星運(yùn)行在橢圓軌道上，軌道的各參數(shù)具體如下所示地球半徑6371.004km軌道高度800km入射角范圍20° 40。下視角30°條帶模式分辨率25m條帶寬度135km/105km地球自轉(zhuǎn)角速度7.292115Xl(T5rad/s采用本發(fā)明所述的一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法選擇該衛(wèi)星掃描工作模式的最優(yōu)波位并仿真，其具體步驟為步驟一，根據(jù)距離向測繪區(qū)域、NESZ、模糊度等參數(shù)的限制，以及可選用的i組條帶寬度Iw1 W2... Wj，分別進(jìn)行條帶工作模式波位設(shè)計(jì)，得出i組不同條帶寬度的波位設(shè)計(jì)結(jié)果h1...X1, ... j，并將其并集P11 4 ……Xti x!:….V ,j作為掃描工作模式的待選波位集合。根據(jù)軌道高度800km、入射角范圍20° 40°可以確定距離向測繪帶區(qū)域，NESZ小于-19dB，模糊度小于_20dB，根據(jù)上述條件分別進(jìn)行條帶寬度135km與105km的條帶工作模式波位設(shè)計(jì),得到的波位如圖1所示。條帶寬度135km的波位集合為{x2 X3 x5 x8},條帶寬度105km的波位集合為(X1 x4 x6 x7}，掃描工作模式的待選波位集
口為{x! X2 X3 X4 X5 X6 X7 Xg}。步驟二,初始波位選擇。在待選波位集合丨& … ….1, X:…'I中選取波位覆蓋區(qū)域包含距離向測繪區(qū)域近端的波位集合“ v; ... ■作為掃描工作模式波位選擇的待選起始波位；其余波位的集合^ h. - 作為待選后續(xù)波位。根據(jù)覆蓋特性，可以選定初始波位集合為(X1 x2},待選后續(xù)波位集合為{x3 X4 X5 X6 X7 x8}。
步驟三，波位樹的構(gòu)建。從起始波位集合Jj ... 中依次選取元素yk(k =1，2…n_t)作為根節(jié)點(diǎn)，分別構(gòu)建nM(rt個(gè)波位樹。具體的做法是，根據(jù)波位覆蓋區(qū)域是否與根節(jié)點(diǎn)yk波位覆蓋區(qū)域有重疊，將后續(xù)波位集合^ % ... 分為互補(bǔ)的兩個(gè)集合，有覆蓋區(qū)域重疊的波位集合in., ... 作為根節(jié)點(diǎn)yk的子節(jié)點(diǎn)，無覆蓋區(qū)域重疊的波位集合-1V z:' ... AaJ作為新的待選后續(xù)波位集合。然后依照上述原則從新的待選后續(xù)波位集合k V - 中分別選取子節(jié)點(diǎn),1 ... a,,,I的子節(jié)點(diǎn)，并產(chǎn)生新的待選后續(xù)波位集合，重復(fù)上述過程，直至待選后續(xù)波位集合為空集。以起始波位為X1為例,在待選后續(xù)波位集合{x3 X4 X5 X6 X7 x8}中，與X1波位有覆蓋區(qū)域重疊的波位集合為Ix3 x4}，以上述兩個(gè)波位作為根節(jié)點(diǎn)X1的子節(jié)點(diǎn)；與X1波位無覆蓋區(qū)域重疊的波位集合為Ix5 X6 X7 x8}，以上述四個(gè)波位作為新的待選后續(xù)波位集合。對于波位集合{x3 x4},待選后續(xù)波位集合{x5 X6 X7 X8I中與X3波位有覆蓋區(qū)域重合的為波位{x5 x6},與X4波位有重合的為{x5 X6},故而X3與X4的子節(jié)點(diǎn)均為{x5 x6},新的待選后續(xù)波位集合為Ix7 X8I0對于波位集合Ix5 x6}，待選后續(xù)波位集合Ix7 X8I中與X5波位有覆蓋區(qū)域重合的為波位{x7 X8},與X6波位有重合的為波位{x7},故而X5子節(jié)點(diǎn)集合為{x7 X81、X6的子節(jié)點(diǎn)集合為{x7}，新的待選后續(xù)波位集合為空集。以X1為根節(jié)點(diǎn)的波位樹建立完畢，建立的波位樹如圖2所示。同理可以建立以X2為起始波位的波位樹，如圖3所示。步驟四，波位樹的遍歷。對于已構(gòu)建的n_個(gè)波位樹依次進(jìn)行遍歷，找出能夠滿足測繪帶覆蓋要求的波位組合，并分別計(jì)算其相應(yīng)的參數(shù)，如NESZ、方位向模糊度、距離向模糊度等。分別遍歷以X1為根節(jié)點(diǎn)和以X2為根節(jié)點(diǎn)建立的波位樹，得到滿足測繪帶覆蓋要求的十二組波位組合，分別為1、(X1, x3，x5，x7} ,2、(X1, x3, x5, x8} ,3、(X1, x3, x6, x7} ,4、(X1, x4, x5, x7}，5、(X1, x4, x5, X8I，6、(X1, x4, x6, x7}，7、{x2, x3, x5, x7}，8、{x2, x3, x5, x8}，9、(x2> X3> X6> X7-^，10、{x2, X4, X5, X7I，11、{x2, X4, X5, Xg}，12、{x2, X4, X6, X7}。計(jì)算以上十二組波位組合的等效后向散射系數(shù)，方位向模糊比和距離向模糊比等參數(shù)。表I為各項(xiàng)性能指標(biāo)的平均值。表I各項(xiàng)參數(shù)平均值列表
權(quán)利要求
1.一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、根據(jù)距離向測繪區(qū)域、等效后向散射系數(shù)(NESZ)最大值、模糊比最大值參數(shù)的限制，以及可選用的i組條帶寬度Iw1 W2...&}，分別進(jìn)行條帶工作模式波位設(shè)計(jì)，得出i組不同條帶寬度的波位·( ■'·, ■■■ …知. ... \丨，并將其并集 {*1 I * Y·- V T t X ; F…j作為掃描工作模式的待選波位集合；步驟二、初始波位選擇在所述的待選波位集合1 . …xU,.+…xH Xa…■*； 』中選取波位覆蓋區(qū)域包含距離向測繪區(qū)域近端的波位集合b r: ... !，作為掃描工作模式波位選擇的待選起始波位；其余波位的集合1 Z2 ... 作為待選后續(xù)波位；步驟三、波位樹的構(gòu)建從起始波位集合,>% - 中依次選取元素yk，k = 1，2… nroot作為根節(jié)點(diǎn)，分別構(gòu)建n_t個(gè)波位樹，其中子節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)波位含有重合的覆蓋區(qū)域； 步驟四、波位樹的遍歷對于已構(gòu)建的nM(rt個(gè)波位樹依次進(jìn)行遍歷，在波位樹的各個(gè)支路中找出能夠滿足測繪帶覆蓋要求的波位組合，即該支路的根節(jié)點(diǎn)波位的近端下視角小于要求覆蓋區(qū)域的近端下視角、葉節(jié)點(diǎn)波位的遠(yuǎn)端下視角大于要求覆蓋區(qū)域的遠(yuǎn)端下視角， 并分別計(jì)算對應(yīng)波位的NESZ、方位向模糊度、距離向模糊度；步驟五、選取最優(yōu)波位組合從步驟四的遍歷結(jié)果中，選取參數(shù)最優(yōu)的波位組合，作為掃描工作模式的波位設(shè)計(jì)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法，其特征在于，步驟三中構(gòu)建波位樹采用以下方法首先將待選后續(xù)波位^ % ... AtatJ分為互補(bǔ)的兩個(gè)集合{λ, . ... 和{V V ... 二’吣卜其中-^ .Vt2 ... 作為根節(jié)點(diǎn)yk的子節(jié)點(diǎn)集合，Z2' ... ζ、,」作為新的待選后續(xù)波位集合，將“ ζ, ... 中波位覆蓋區(qū)域與根節(jié)點(diǎn)yk波位覆蓋區(qū)域有重疊的元素集合作為“，r*: ... ，剩余元素集合作為 {ζι' zJl，然后依照上述原則從新的待選后續(xù)波位集合{V zI — 中分別選取子節(jié)點(diǎn)Λ, ... Jij的子節(jié)點(diǎn)，并產(chǎn)生新的待選后續(xù)波位集合，重復(fù)上述過程，直至待選后續(xù)波位集合為空集。
全文摘要
本發(fā)明針對掃描工作模式下，波位的選取僅能通過手動選擇、波位選擇結(jié)果非參數(shù)最優(yōu)結(jié)果的問題，提出一種合成孔徑雷達(dá)掃描工作模式最優(yōu)波位選擇方法。步驟一、根據(jù)距離向測繪區(qū)域、等效后向散射系數(shù)最大值、模糊比最大值參數(shù)的限制，以及可選用的i組條帶寬度，分別進(jìn)行條帶工作模式波位設(shè)計(jì)，得出i組不同條帶寬度的波位，并將其并集作為掃描工作模式的待選波位集合；步驟二、初始波位選擇；步驟三、波位樹的構(gòu)建；步驟四、波位樹的遍歷；步驟五、選取最優(yōu)波位組合。
文檔編號G01S7/02GK102998655SQ201210480438
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者丁澤剛, 龍騰, 曾濤, 尹偉, 楊文付 申請人:北京理工大學(xué)