收稿日期:2002 - 04 - 22 第 20 卷 第 5 期 计 算 机 仿 真 年 5 月 文章编号:1006 - 9348()05 - 0123 - 04 星载合成孔径雷达( SAR)斑马图仿真与研究 朱力1 ,于立2 (1. 南京理工大学 ,江苏南京 210094 ;2. 南京电子技术研究所 ,江苏 南京 210013) 摘要:星载 SAR 中 ,要根据斑马图、距离模糊度和方位模糊度来选择脉冲重复频率(PRF) ,因此斑马图非常重要。本文根据斑马图计算公式 ,并根据一定的卫星轨道和雷达参数 ,给出了斑马图仿真;同时讨论了信号脉宽、保护时间等因素对斑马图的影响 ,提出了自适应斑马图设计的方法 ,并给出了仿真结果。 关键词:轨道平均高度;脉冲重复频率;脉宽;斑马图中图分类号:TP391^9 文献标识码:A 1 概述 在星载 SAR 中 ,由于卫星轨道较高 ,在任一时刻不仅有多个被观测区域的回波在空中传播 ,而且还有多个星下点回波信号在空中传播 ,而星下点回波功率远大于其它方向的回波 ,因此回波窗的位置必须避开发射信号和星下点信号这些非人为信号的干扰。为了使星载 SAR 整个测绘带的回波避免发射脉冲的遮挡 ,必须在几个发射脉冲之后的接收时段内收到回波。为此 ,应合理地选择脉冲重复频率 ,使得星下点回波约束在发射脉冲与有用回波信号录取窗口之间 ,并且 , 观测区有用回波信号录取窗口应位于发射脉冲重复周期中间 ,如图 2 所示。 通常用斑马图来选择脉冲重复频率。斑马图是根据入射角或距星下点地面距离与脉冲重复频率函数关系画出的一组曲线。这种图形状类似菱形 ,因此 ,人们常称它为斑马图或菱形图。 图 1 入射角、地心角、视角的几何关系 2 基本理论 在星载 SAR 轨道计算和覆盖区域计算中 , 地球要作为椭球体处理 , 这里为 了 说 明 其 原理 ,假设地球为均匀球体 , 其半径为R , SAR 的入射角、地心角、视角的几何关系如图 1 所示。图 1 中 h 表示星载SAR 的高度 , Rmin、Rmax 分别表示可视 观测区的最近、最远斜距 , 对应的回波时间分别为 Temin , Temax;αmin、αmax 分别表示测绘带对应的最小和最大视角 , 相应的最小和最大入射角分别为 Qmin , Qmax;对应的地心角分别 为βmin、βmax;τ为脉宽 ,τ g 为保护时间带。c 为光速。 2. 1 PRF的选择 我们知道 ,方位模糊(AASR) 和距离模糊(RASR) 均依赖于 PRF的选择。若方位多普勒频谱混叠增加 ,则 AASR 会增大 ,因此低脉冲重复频率将使 AASR 值增大。另一方面 ,高的脉冲重复频率值会导致接收脉冲间的混叠。因此脉冲重复频率的选择受到一定的限制。对于发射和接收公用一个天线的星载 SAR 系统 ,由于在任何时刻空中同时有发射脉冲、星下点脉冲和回波 ,必须对 PRF加以限制 ,使发射脉冲、星下点脉冲不落在回波窗之中。为此 ,发射干扰对 PRF的限制为 Frac 2 Rminfp/ c fp > τ+τ g (1) Frac 2 Rmaxfp/ c fp < 1 fp - τ g (2) Int(2 Rmaxfp/ c) = Int(2 Rminfp/ c) (3) (1) 、(2) 、(3) 式中 fp 表示脉冲重复频率 ,函数 Frac 和 Int 分别表示取小数和整数部分。为了直观起见 , (1) 、(2) 、(3) 式的约束条件可由图 2(a) 表示出来。星下点
