本發(fā)明涉及一種通用的SAR衛(wèi)星方位模糊度性能精確分析方法，該方法通過(guò)精確計(jì)算SAR衛(wèi)星方位模糊度性能指標(biāo)，對(duì)SAR衛(wèi)星的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)核，適用于各種SAR衛(wèi)星工作模式方位模糊度指標(biāo)計(jì)算，屬于SAR衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：方位模糊度是衡量合成孔徑雷達(dá)(SAR)衛(wèi)星系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，是由天線(xiàn)方向圖的旁瓣和方位向有限采樣造成的。方位模糊導(dǎo)致成像處理后的圖像中產(chǎn)生虛假目標(biāo)，同時(shí)造成圖像信噪比下降。特別是在高頻段星載SAR系統(tǒng)中，方位模糊信號(hào)更容易聚焦，方位模糊問(wèn)題更為突出。在SAR衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)提高脈沖重復(fù)頻率(PRF)，壓低天線(xiàn)方向圖旁瓣等手段降低方位模糊，一般方位模糊度低于-20dB，對(duì)圖像質(zhì)量的影響可以接受。準(zhǔn)確評(píng)估方位模糊度性能指標(biāo)，有利于精確預(yù)測(cè)SAR衛(wèi)星所能獲得的圖像質(zhì)量，對(duì)優(yōu)化SAR衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義。傳統(tǒng)的方位模糊度計(jì)算方法是基于正側(cè)視條帶模式進(jìn)行的，它忽略了方位向和距離向天線(xiàn)方向圖耦合，利用條帶模式的時(shí)頻關(guān)系直接將方位向天線(xiàn)方向圖變換到頻域，在頻域內(nèi)累加處理帶寬內(nèi)的有用信號(hào)和模糊信號(hào)，得到模糊度指標(biāo)。這種方法計(jì)算正側(cè)視條帶模式方位模糊度是可用的，引入的誤差可以忽略。但隨著新的星載SAR工作模式大量出現(xiàn)，如聚束模式、掃描模式和斜視模式等，雷達(dá)波束在地面不再是簡(jiǎn)單的推掃，回波的頻域構(gòu)成更為復(fù)雜，難于通過(guò)時(shí)頻對(duì)應(yīng)關(guān)系直接得到回波信號(hào)強(qiáng)度。此外，對(duì)于相控陣體制SAR衛(wèi)星，不同成像時(shí)刻天線(xiàn)方向圖特性不斷變化，傳統(tǒng)方法難于精確反映上述變化的影響。席龍梅等在《上海航天》上發(fā)表了《星載滑動(dòng)聚束SAR模糊特性分析與仿真》一文，將方位向掃描角度分成若干段，不同掃描角采用不同的天線(xiàn)方向圖形式，離散地反映方向圖變化，然后通過(guò)累積所有段中的有用信號(hào)和模糊強(qiáng)度，得到最終的方位模糊性能。這種方法一定程度上反映了方位向天線(xiàn)方向圖的變化特性，但在段內(nèi)仍采用頻域累積方式進(jìn)行，存在時(shí)頻方向圖的對(duì)應(yīng)問(wèn)題，而且僅考慮了方位向天線(xiàn)方向圖，在高分辨率和斜視工作模式下不能準(zhǔn)確反映模糊位置的天線(xiàn)增益，得到的方位模糊度誤差較大。韓曉東等在《JournalofElectronics(China)》上發(fā)表了《PerformanceAnalysisofAzimuthElectronicBeamSteeringModeSpaceborneSAR》一文，通過(guò)沿方位向時(shí)域循環(huán)累加，得到有用信號(hào)強(qiáng)度和模糊信號(hào)強(qiáng)度，該方法能充分反映天線(xiàn)方向圖的變化。但該方法存在兩點(diǎn)不足，一是采用簡(jiǎn)單的多普勒頻率計(jì)算公式，在方位時(shí)域與頻域之間建立聯(lián)系，計(jì)算精度不夠；二是忽略了方位模糊度需要計(jì)算與成像點(diǎn)具有相等斜距的模糊強(qiáng)度，僅沿方位向計(jì)算模糊強(qiáng)度，存在較大誤差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種通用的SAR衛(wèi)星方位模糊度性能精確分析方法，該方法通過(guò)沿方位向逐點(diǎn)計(jì)算成像點(diǎn)回波強(qiáng)度和模糊點(diǎn)回波強(qiáng)度，得到方位模糊度指標(biāo)；通過(guò)尋找與成像點(diǎn)具有相同的斜距，多普勒頻率相差整數(shù)倍PRF的模糊點(diǎn)，解方程得到模糊點(diǎn)坐標(biāo)；充分考慮精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度、天線(xiàn)電掃描角因素，得到成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的精確坐標(biāo)；根據(jù)成像點(diǎn)在天線(xiàn)方向圖方位和距離向主剖面上分量，擬合得到成像點(diǎn)準(zhǔn)確的天線(xiàn)增益；通過(guò)模糊強(qiáng)度比上成像點(diǎn)回波強(qiáng)度，得到方位模糊度指標(biāo)。本發(fā)明為SAR衛(wèi)星提供一種通用、準(zhǔn)確的方位模糊度指標(biāo)計(jì)算方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種通用的星載SAR方位模糊度精確計(jì)算方法，步驟如下：(1)根據(jù)待分析成像點(diǎn)坐標(biāo)和瞬時(shí)時(shí)刻的SAR衛(wèi)星位置和速度，進(jìn)行精確地矢量計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波的瞬時(shí)多普勒頻率；(2)根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星位置、速度、姿態(tài)、波束掃描角和已知的地面處理系統(tǒng)方位向處理帶寬，進(jìn)行瞬時(shí)時(shí)刻波束覆蓋范圍內(nèi)所有點(diǎn)回波信號(hào)的多普勒頻率變化范圍計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻有用回波信號(hào)的帶寬范圍；(3)根據(jù)步驟(1)計(jì)算得到的瞬時(shí)多普勒頻率，并在步驟(2)計(jì)算得到的有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，判斷成像點(diǎn)回波是否在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，如果成像點(diǎn)回波不在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，說(shuō)明該時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)將在信號(hào)處理中去除掉，回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度不包含在最終的圖像中，不對(duì)該時(shí)刻的成像點(diǎn)回波進(jìn)行處理；如果成像點(diǎn)回波在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，繼續(xù)向下執(zhí)行步驟(4)；(4)根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度和雷達(dá)天線(xiàn)電掃描角，進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；(5)根據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，進(jìn)行成像點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)方位向和距離向主剖面上的離軸角和增益計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)的三維天線(xiàn)方向圖增益；(6)根據(jù)步驟(5)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)的三維天線(xiàn)方向圖增益，進(jìn)行回波信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，結(jié)果將在步驟(14)累加到所有時(shí)刻總的成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度中；(7)根據(jù)待分析的成像點(diǎn)坐標(biāo)和瞬時(shí)時(shí)刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星到成像點(diǎn)的斜距，得到瞬時(shí)斜距Ri；(8)根據(jù)步驟(1)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波的瞬時(shí)多普勒頻率、雷達(dá)系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率(已知量)和模糊數(shù)n(n為1到10之間整數(shù))，進(jìn)行瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的模糊多普勒頻率計(jì)算，得到該模糊多普勒頻率；(9)根據(jù)模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)位置、步驟(7)得到的瞬時(shí)斜距Ri、模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率和成像點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率，構(gòu)成三元方程組，進(jìn)行方程組求解，得到模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)在地球慣性系下的坐標(biāo)；(10)根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度、天線(xiàn)電掃描角，進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)；(11)根據(jù)將步驟(10)計(jì)算得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，進(jìn)行方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方位向和距離向主剖面增益計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確三維天線(xiàn)方向圖增益；(12)根據(jù)步驟(11)計(jì)算得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確三維天線(xiàn)方向圖增益，計(jì)算回波信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算，得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度；(13)重復(fù)步驟(8)-步驟(12)，計(jì)算除之前所涉及的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)外的其他模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，得到瞬時(shí)時(shí)刻所有模糊點(diǎn)模糊強(qiáng)度，從而最終累加得到瞬時(shí)時(shí)刻總的模糊信號(hào)強(qiáng)度(包含步驟(11)得到的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度)；(14)重復(fù)步驟(1)-步驟(13)，計(jì)算除之前所涉及的瞬時(shí)時(shí)刻的其他時(shí)間點(diǎn)的成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊信號(hào)強(qiáng)度，最后累加得到所有時(shí)刻總的成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度(包含步驟(6)得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度)和模糊信號(hào)強(qiáng)度(包含步驟(13)得到的瞬時(shí)時(shí)刻總的模糊信號(hào)強(qiáng)度)；(15)根據(jù)步驟(14)計(jì)算得到的所有時(shí)刻總的模糊信號(hào)強(qiáng)度和成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算模糊度指標(biāo)，得到最終成像點(diǎn)的方位模糊度指標(biāo)。下面進(jìn)行再說(shuō)明。(1)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波多普勒頻率根據(jù)待分析成像點(diǎn)坐標(biāo)(為已知量)，及瞬時(shí)時(shí)刻的SAR衛(wèi)星位置和速度，利用精確地矢量方法，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波的瞬時(shí)多普勒頻率fds，計(jì)算方法如式(1)所示：其中為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星位置矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星速度矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下成像點(diǎn)位置矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下成像點(diǎn)速度矢量，Rst為瞬時(shí)時(shí)刻衛(wèi)星到成像點(diǎn)距離，λ為雷達(dá)載波波長(zhǎng)(為已知量)；(2)確定瞬時(shí)時(shí)刻有用回波信號(hào)的帶寬范圍根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星位置、速度、姿態(tài)和波束掃描角，確定瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星波束地面覆蓋范圍，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻波束覆蓋范圍內(nèi)所有點(diǎn)回波信號(hào)的多普勒頻率變化范圍，進(jìn)而確定瞬時(shí)時(shí)刻波束覆蓋區(qū)域回波信號(hào)多普勒中心。利用已知的地面處理系統(tǒng)方位向處理帶寬，確定瞬時(shí)時(shí)刻有用回波信號(hào)的帶寬范圍f，計(jì)算方法如式(2)所示：fdc-Bp/2≤f≤fdc+Bp/2(2)其中fdc為瞬時(shí)時(shí)刻波束覆蓋區(qū)域回波信號(hào)多普勒中心，Bp為已知的地面處理系統(tǒng)方位向處理帶寬；(3)判斷瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波是否在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)判斷步驟(1)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻多普勒頻率是否處于步驟(2)計(jì)算得到的有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)。如果成像點(diǎn)回波不在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，說(shuō)明該時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)將在信號(hào)處理中去除掉，回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度不包含在最終的圖像中，不對(duì)該時(shí)刻的成像點(diǎn)回波進(jìn)行處理；如果成像點(diǎn)回波在有用回波信號(hào)的帶寬范圍內(nèi)，繼續(xù)向下執(zhí)行步驟(4)。(4)將成像點(diǎn)位置坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度、雷達(dá)天線(xiàn)電掃描角等已知因素，將成像點(diǎn)位置坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下。其中由軌道系變換到衛(wèi)星本體系時(shí)，需要根據(jù)準(zhǔn)確的衛(wèi)星姿態(tài)計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣，以1-2-3轉(zhuǎn)序?yàn)槔鴺?biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣如式(3)所示：其中θr、θp、θy為1-2-3轉(zhuǎn)序下瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星的橫滾角、俯仰角和偏航角。隨后根據(jù)SAR衛(wèi)星天線(xiàn)的安裝位置和天線(xiàn)電掃描角，將成像點(diǎn)位置坐標(biāo)由衛(wèi)星本體系變換到天線(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換方法如式(4)所示：其中θrange為SAR衛(wèi)星天線(xiàn)距離向掃描角，等于SAR衛(wèi)星天線(xiàn)距離向電掃描角和天線(xiàn)斜裝角之和；θazimuth為天線(xiàn)方位向掃描角；為成像點(diǎn)在星本體系下的位置矢量；為SAR衛(wèi)星天線(xiàn)在星本體系下的安裝位置矢量；為成像點(diǎn)在天線(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系下的位置矢量。將成像點(diǎn)由坐標(biāo)由笛卡爾坐標(biāo)系變換到球面坐標(biāo)系，變換方法如式(5)所示：其中r為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)系中的距離，為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)系中的仰角，θ為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)系中的方位角。(5)擬合得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)增益根據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計(jì)算成像點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)方位向主剖面上的離軸角θa和成像點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)距離向主剖面上的離軸角θr，計(jì)算方法如式(6)所示：根據(jù)得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)距離向和方位向主剖面離軸角，確定瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)在方位向主剖面上的天線(xiàn)增益Ga和距離向主剖面上的天線(xiàn)增益Gr，最終，可以計(jì)算得到瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)的三維天線(xiàn)方向圖增益G，計(jì)算方法如式(7)所示：G＝GaGr(7)(6)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度因?yàn)槌上顸c(diǎn)和模糊點(diǎn)到雷達(dá)的斜距相等，因此計(jì)算時(shí)不需要考慮斜距、入射角和地物后向散射特性等因素，根據(jù)步驟(5)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)天線(xiàn)增益G，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻回波信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算方法如式(8)所示：Is＝G2(8)式中只保留方位模糊度中不能相消的部分參數(shù)；(7)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星到成像點(diǎn)斜距根據(jù)待分析的成像點(diǎn)坐標(biāo)和瞬時(shí)時(shí)刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，計(jì)算得到瞬時(shí)時(shí)刻SAR衛(wèi)星到成像點(diǎn)的斜距Ri；(8)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的模糊多普勒頻率根據(jù)步驟(1)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻成像點(diǎn)回波多普勒頻率、脈沖重復(fù)頻率(PRF)和模糊數(shù)n，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的模糊多普勒頻率，計(jì)算方法如式(9)所示：fam＝fds+n·PRF1≤n≤Nam_max(9)其中PRF為脈沖重復(fù)頻率，為已知量，Nam_max為滿(mǎn)足精度要求的最大模糊數(shù)，一般選擇為10；(9)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)應(yīng)與成像點(diǎn)到SAR衛(wèi)星的距離相等，模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率與成像點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率相差n倍PRF，模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)位于地球上，構(gòu)成三元方程組，解方程得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算方法如式(10)所示：其中A＝xvs+ωeysB＝y(tǒng)vs-ωexsC＝zvs其中xs、ys、zs為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星位置坐標(biāo)，xvs、yvs、zvs為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星速度坐標(biāo)，ωe為地球轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Re為成像點(diǎn)到地心的距離，Rs2e為衛(wèi)星到地心的距離。解上述方程組可得模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)在地球慣性系下的坐標(biāo)；(10)將瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系根據(jù)瞬時(shí)時(shí)刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度、天線(xiàn)電掃描角等因素，將步驟(9)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)位置坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下，變換方法同步驟(4)；(11)擬合得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)增益根據(jù)將步驟(10)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)在天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方位向和距離向主剖面上增益，擬合得到瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確三維天線(xiàn)方向圖增益，計(jì)算方法同步驟(5)。(12)計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)的回波信號(hào)強(qiáng)度根據(jù)步驟(11)計(jì)算得到的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)天線(xiàn)增益，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算方法同步驟(6)；(13)累加瞬時(shí)時(shí)刻所有方位模糊強(qiáng)度采用步驟(8)-步驟(12)的方法，計(jì)算除之前所涉及的瞬時(shí)時(shí)刻模糊數(shù)為n的方位模糊點(diǎn)外，瞬時(shí)時(shí)刻其他模糊點(diǎn)的回波信號(hào)強(qiáng)度，一般計(jì)算的模糊數(shù)達(dá)到10，就能達(dá)到計(jì)算精度要求。最后，累加瞬時(shí)時(shí)刻所有模糊點(diǎn)模糊強(qiáng)度；(14)方位向逐點(diǎn)累加成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度采用步驟(1)-步驟(13)的方法，計(jì)算除之前所涉及的瞬時(shí)時(shí)刻的其他時(shí)間點(diǎn)的成像點(diǎn)回波強(qiáng)度和方位模糊強(qiáng)度。并將成像點(diǎn)回波強(qiáng)度和方位模糊強(qiáng)度累加到總的成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度和方位模糊強(qiáng)度中，計(jì)算方法如式(11)所示：其中Is_n為方位向第n個(gè)時(shí)間點(diǎn)成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，Ia_n為方位向第n個(gè)時(shí)間點(diǎn)模糊回波信號(hào)強(qiáng)度，Nall為方位全部時(shí)間點(diǎn)數(shù)；(15)計(jì)算方位模糊度利用步驟(14)計(jì)算得到的所有時(shí)刻總的模糊強(qiáng)度除以成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，得到最終成像點(diǎn)的方位模糊度指標(biāo)，計(jì)算方法如式(12)所示：(16)利用計(jì)算得到的方位模糊度指標(biāo)，對(duì)SAR衛(wèi)星的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)核利用步驟(15)計(jì)算得到的方位模糊度指標(biāo)，對(duì)SAR衛(wèi)星的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和復(fù)核，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：(1)本發(fā)明從SAR衛(wèi)星方位模糊度的基本原理出發(fā)，利用模糊點(diǎn)與成像點(diǎn)具有相同的斜距，多普勒頻率相差整數(shù)倍PRF的原理，得到準(zhǔn)確的模糊點(diǎn)坐標(biāo)。再通過(guò)坐標(biāo)變換得到成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在天線(xiàn)方向圖中的準(zhǔn)確位置，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的天線(xiàn)增益。(2)本發(fā)明在計(jì)算成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)增益時(shí)考慮了其在三維天線(xiàn)方向圖中的位置，克服了傳統(tǒng)方位模糊計(jì)算方法僅在天線(xiàn)方向圖方位向主剖面上進(jìn)行，不適合高分辨率和斜視工作模式的局限，同時(shí)在正側(cè)視條帶模式情況下也能獲得相對(duì)傳統(tǒng)方法更高的精度。(3)本發(fā)明通過(guò)方位向逐點(diǎn)累積計(jì)算，得到最終的成像點(diǎn)和模糊回波信號(hào)強(qiáng)度，較之傳統(tǒng)頻域天線(xiàn)方向圖增益累加的方式具有更高的精度，且具有更高的通用性。(4)本發(fā)明在計(jì)算成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在三維天線(xiàn)方向圖中的位置時(shí)，充分考慮了精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、天線(xiàn)安裝位置和角度、天線(xiàn)電掃描角等因素，計(jì)算結(jié)果更精確，且能適合任意天線(xiàn)體制、安裝位置和衛(wèi)星姿態(tài)，特別適用于包含機(jī)械掃描方式的SAR衛(wèi)星。(5)本發(fā)明在計(jì)算方位模糊度指標(biāo)前，先通過(guò)判斷成像點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率是否處于處理帶寬范圍內(nèi)，確定該時(shí)刻是否為有效成像時(shí)刻，這自動(dòng)適應(yīng)了不同SAR工作模式，使后續(xù)步驟不必再考慮工作模式的不同，最大限度地保證了本發(fā)明的通用性。附圖說(shuō)明圖1本發(fā)明方法的計(jì)算流程圖；圖2實(shí)施例中方位向不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的有效帶寬范圍；圖3實(shí)施例中兩個(gè)主剖面及3D天線(xiàn)方向圖，其中(a)方位向主剖面天線(xiàn)方向圖，(b)距離向主剖面天線(xiàn)方向圖，(c)3D天線(xiàn)方向圖；圖4實(shí)施例中方位向不同成像點(diǎn)在不同成像時(shí)刻的有用信號(hào)與模糊強(qiáng)度，其中(a)起始成像點(diǎn),(b)中間成像點(diǎn)，(c)結(jié)束成像點(diǎn)；圖5本發(fā)明方法計(jì)算得到的不同成像點(diǎn)的方位模糊度值。具體實(shí)施方式本發(fā)明采用沿方位向時(shí)刻逐點(diǎn)計(jì)算成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)回波強(qiáng)度，得到方位模糊度指標(biāo)；尋找與成像點(diǎn)具有相同的斜距，多普勒頻率相差整數(shù)倍PRF的模糊點(diǎn)，通過(guò)解方程得到模糊點(diǎn)坐標(biāo)；充分考慮精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、雷達(dá)天線(xiàn)安裝位置和角度、雷達(dá)天線(xiàn)電掃描角等因素，得到成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的精確坐標(biāo)；根據(jù)成像點(diǎn)在天線(xiàn)方向圖方位和距離向主剖面上分量，擬合得到成像點(diǎn)準(zhǔn)確的天線(xiàn)增益；通過(guò)模糊強(qiáng)度與成像點(diǎn)回波強(qiáng)度的比值得到方位模糊度指標(biāo)。星載SAR方位模糊度計(jì)算方法流程如圖1所示，具體包含以下步驟。1、計(jì)算成像點(diǎn)多普勒頻率根據(jù)成像瞬時(shí)時(shí)刻的星歷數(shù)據(jù)及成像點(diǎn)坐標(biāo)，利用精確地矢量方法，計(jì)算此刻成像點(diǎn)回波的瞬時(shí)多普勒頻率fds，具體計(jì)算公式如下其中為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星位置矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星速度矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下成像點(diǎn)位置矢量，為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下成像點(diǎn)速度矢量，Rst為瞬時(shí)時(shí)刻衛(wèi)星到成像點(diǎn)距離，λ為雷達(dá)載波波長(zhǎng)。2、判斷是否在處理帶寬范圍內(nèi)根據(jù)此成像時(shí)刻星歷數(shù)據(jù)、衛(wèi)星姿態(tài)、和雷達(dá)波束掃描角確定波束地面覆蓋范圍，計(jì)算地面覆蓋區(qū)域回波信號(hào)多普勒中心。結(jié)合方位向處理帶寬，判斷瞬時(shí)時(shí)刻方位向有效頻率范圍，具體如下fdc-Bp/2≤f≤fdc+Bp/2其中fdc為瞬時(shí)時(shí)刻地面覆蓋區(qū)域回波信號(hào)多普勒中心，Bp為方位向處理帶寬。判斷上一步計(jì)算得到的瞬時(shí)多普勒頻率fds是否處于處理帶寬范圍內(nèi)，如在處理帶寬范圍內(nèi)，繼續(xù)向下執(zhí)行，計(jì)算成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度。如不在處理帶寬范圍內(nèi)，說(shuō)明該時(shí)刻成像點(diǎn)回波將在信號(hào)處理中去除掉，回波強(qiáng)度不包含在最終的圖像中，不進(jìn)行后續(xù)步驟。3、成像點(diǎn)坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系根據(jù)此刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、雷達(dá)天線(xiàn)安裝位置和角度、雷達(dá)天線(xiàn)電掃描角等因素，將成像點(diǎn)坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下。其中由軌道系變換到衛(wèi)星本體系時(shí)，需要根據(jù)準(zhǔn)確的衛(wèi)星姿態(tài)計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣，以123轉(zhuǎn)序?yàn)槔?，坐?biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣如下其中θr、θp、θy為123轉(zhuǎn)序下的橫滾角、俯仰角和偏航角。隨后需要根據(jù)天線(xiàn)的安裝位置、天線(xiàn)電掃描角，將成像點(diǎn)坐標(biāo)由衛(wèi)星本體系變換到天線(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換方法如下其中θrange距離向掃描角，為天線(xiàn)距離向電掃描角和天線(xiàn)斜裝角之和；θazimuth為天線(xiàn)方位向掃描角；為成像點(diǎn)星本體系坐標(biāo)；為天線(xiàn)在星本體系下的安裝位置坐標(biāo)；為成像點(diǎn)在天線(xiàn)笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。利用下式可以將成像點(diǎn)坐標(biāo)由笛卡爾坐標(biāo)系變換到球面坐標(biāo)系其中r為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)中的距離、為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)中的仰角、θ為成像點(diǎn)球面坐標(biāo)中的方位角。4、擬合得到成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)增益根據(jù)成像點(diǎn)天線(xiàn)球面坐標(biāo)和笛卡爾坐標(biāo)，分別計(jì)算成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)的在方位向和距離向主剖面上的離軸角，計(jì)算公式如下根據(jù)得到距離向和方位向主剖面離軸角，確定在主剖面上的兩個(gè)天線(xiàn)增益，分別用Ga和Gr表示，最終成像點(diǎn)對(duì)應(yīng)到三維方向圖上的增益可由下式得到G＝GaGr如果直接輸入的是三維方向圖，則可以通過(guò)方位角和仰角直接得到成像點(diǎn)增益。5、計(jì)算雷達(dá)到成像點(diǎn)斜距根據(jù)成像點(diǎn)坐標(biāo)和此刻衛(wèi)星的位置坐標(biāo)，計(jì)算雷達(dá)到成像的斜距Ri。6、計(jì)算成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度根據(jù)計(jì)算得到的成像點(diǎn)天線(xiàn)增益G，計(jì)算回波信號(hào)強(qiáng)度，因?yàn)槌上顸c(diǎn)和模糊點(diǎn)到雷達(dá)的斜距相等，因此計(jì)算時(shí)不需要考慮斜距、入射角和地物后向散射特性等因素，具體如下Is＝G2式中只保留方位模糊比中不能相消的部分參數(shù)。7、計(jì)算模糊多普勒頻率根據(jù)成像點(diǎn)瞬時(shí)回波多普勒頻率、系統(tǒng)脈沖重復(fù)頻率(PRF)和模糊數(shù)，計(jì)算模糊多普勒頻率fam，具體如下fam＝fds+n·PRF1≤n≤Nam_max其中PRF為雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率，Nam_max為滿(mǎn)足精度要求的最大模糊數(shù)，一般選擇為10。8、計(jì)算方位模糊點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方位模糊度時(shí)，方位模糊點(diǎn)應(yīng)與成像點(diǎn)具有相同的斜距，根據(jù)成像點(diǎn)處地球局部球模型，模糊點(diǎn)到衛(wèi)星距離與成像點(diǎn)到衛(wèi)星距離相等，模糊點(diǎn)回波信號(hào)多普勒頻率與成像點(diǎn)頻率相差整數(shù)倍PRF，構(gòu)成三元方程組，解方程得到模糊點(diǎn)坐標(biāo)，具體如下其中A＝xvs+ωeysB＝y(tǒng)vs-ωexsC＝zvs其中xs、ys、zs為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星位置坐標(biāo)，xvs、yvs、zvs為瞬時(shí)時(shí)刻地球慣性系下衛(wèi)星速度坐標(biāo)，ωe為地球轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Re為成像點(diǎn)到地心的距離，Rs2e為衛(wèi)星到地心的距離。解上述方程組可得模糊點(diǎn)在地球慣性系下的坐標(biāo)。9、模糊點(diǎn)坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系根據(jù)此刻精確的軌道模型、地球模型、衛(wèi)星姿態(tài)、雷達(dá)天線(xiàn)安裝位置和角度、雷達(dá)天線(xiàn)電掃描角等因素，將模糊點(diǎn)坐標(biāo)變換到天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下，具體方法同步驟3。10、擬合得到模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)增益根據(jù)模糊點(diǎn)天線(xiàn)球面坐標(biāo)，分別計(jì)算模糊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方位向和距離向主剖面上增益，再結(jié)合模糊點(diǎn)的方位角，擬合得到模糊點(diǎn)的準(zhǔn)確天線(xiàn)增益，具體方法同步驟4。11、計(jì)算方位模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度根據(jù)計(jì)算得到的模糊點(diǎn)天線(xiàn)增益，計(jì)算模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，具體方法如步驟5。12、累加模糊強(qiáng)度將上述模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度累加到總模糊信號(hào)強(qiáng)度中。13、判斷累積模糊數(shù)是否達(dá)到精度要求判斷累積模糊數(shù)是否能達(dá)到精度要求，一般累積模糊個(gè)數(shù)設(shè)置為10，能達(dá)到精度要求。如達(dá)到要求繼續(xù)向下執(zhí)行，如未達(dá)到要求，模糊數(shù)加1，返回步驟7繼續(xù)計(jì)算模糊強(qiáng)度。14、方位向逐點(diǎn)累加成像點(diǎn)回波強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度本步驟將計(jì)算得到的本時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度，累積到整個(gè)成像時(shí)間的總成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度和模糊強(qiáng)度中，具體如下其中Is_n為方位向第n個(gè)采樣時(shí)刻成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，Ia_n為方位向第n個(gè)采樣時(shí)刻模糊回波信號(hào)強(qiáng)度，Nall為方位全部時(shí)間點(diǎn)數(shù)。15、計(jì)算方位模糊度用計(jì)算得到的所有時(shí)刻總的模糊強(qiáng)度除以成像點(diǎn)回波強(qiáng)度，得到最終成像點(diǎn)的模糊度指標(biāo)，具體如下本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。實(shí)施例：本部分通過(guò)給定的星載SAR滑動(dòng)聚束工作模式系統(tǒng)參數(shù)，利用本發(fā)明提出的方法計(jì)算該系統(tǒng)的方位模糊度參數(shù)，驗(yàn)證本發(fā)明提出方法的有效性。表1給出了待計(jì)算的星載SAR滑動(dòng)聚束工作模式系統(tǒng)參數(shù)表，按本發(fā)明提出的方法，計(jì)算該系統(tǒng)的方位模糊度指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果如圖2～圖5，詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)見(jiàn)表2。附表1實(shí)施例中輸入?yún)?shù)表附表2實(shí)施例中輸出結(jié)果表參數(shù)數(shù)值成像起始點(diǎn)第一模糊位置偏離方位向主剖面角度(°)5.63成像中心點(diǎn)第一模糊位置偏離方位向主剖面角度(°)1.33成像結(jié)束點(diǎn)第一模糊位置偏離方位向主剖面角度(°)3.01成像起始點(diǎn)方位模糊度指標(biāo)(dB)-31.37成像中心點(diǎn)方位模糊度指標(biāo)(dB)-31.07成像結(jié)束點(diǎn)方位模糊度指標(biāo)(dB)-31.22本次仿真試驗(yàn)根據(jù)一組X波段星載滑動(dòng)聚束SAR系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行方位模糊度指標(biāo)計(jì)算。本次試驗(yàn)計(jì)算了沿方位向成像場(chǎng)景排布的100個(gè)成像點(diǎn)方位模糊指標(biāo)，對(duì)這100個(gè)成像點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于每一個(gè)成像點(diǎn)沿方位向成像時(shí)間逐個(gè)時(shí)間點(diǎn)計(jì)算成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度，得到方位模糊度指標(biāo)。首先根據(jù)星歷數(shù)據(jù)和成像點(diǎn)位置，計(jì)算瞬時(shí)時(shí)刻成像場(chǎng)景回波的多普勒中心，結(jié)合方位向處理帶寬，確定方位向有效帶寬范圍，圖2給出了實(shí)施例中方位向不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的有效帶寬范圍。然后尋找與成像點(diǎn)具有相同的斜距，多普勒頻率相差整數(shù)倍PRF的模糊點(diǎn)，通過(guò)解方程得到模糊點(diǎn)坐標(biāo)。再通過(guò)坐標(biāo)變換得到成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在SAR衛(wèi)星天線(xiàn)球面坐標(biāo)系下的精確坐標(biāo)。表2給出起始、中間和結(jié)束成像點(diǎn)在初始成像時(shí)刻第一模糊位置偏離方位向主剖面角度，分別為5.63°、1.33°、3.01°，可見(jiàn)模糊位置明顯偏離方位向主剖面，說(shuō)明傳統(tǒng)僅考慮方位向天線(xiàn)圖的方位模糊度計(jì)算方法不適用于這種工作模式，也證明了本發(fā)明算法的必要性和有效性。圖3給出了實(shí)施例中兩個(gè)主剖面及三維天線(xiàn)方向圖(為顯示需要，對(duì)方向圖進(jìn)行了截?cái)?，可見(jiàn)當(dāng)兩個(gè)主剖面方向圖差別較大時(shí)，非主剖面上的點(diǎn)增益與主剖面上的點(diǎn)差別明顯，為得到準(zhǔn)確增益，必須考慮三維天線(xiàn)方向圖分布。根據(jù)成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)在三維天線(xiàn)方向圖中的位置，得到成像點(diǎn)和模糊點(diǎn)準(zhǔn)確的天線(xiàn)增益和信號(hào)強(qiáng)度，圖4給出了實(shí)施例中方位向不同成像點(diǎn)在不同成像時(shí)刻的有用信號(hào)與模糊強(qiáng)度。通過(guò)模糊強(qiáng)度與成像點(diǎn)回波信號(hào)強(qiáng)度的比值得到方位模糊度指標(biāo)，圖5給出了實(shí)施例中計(jì)算得到的沿方位向成像場(chǎng)景排布的100個(gè)成像點(diǎn)的方位模糊值，表2給出了其中起始、中間和結(jié)束成像點(diǎn)的方位模糊度值。本次試驗(yàn)根據(jù)給定的輸入?yún)?shù)成功計(jì)算了試驗(yàn)系統(tǒng)的方位模糊度值，證明了本發(fā)明方法的有效性。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3