星载合成孔径雷达系统设计与模拟软件研究

【摘要】： 合成孔径雷达作为一种高分辨率的微波遥感设备，在遥感成像领域有着举足轻重的地位，它全天时、全天候、大面积成像的工作能力使它在空间对地探测方面有了深入的发展。在星载合成孔径雷达的设计、分析、模拟和仿真过程中，计算机辅助设计(CAD)起到了不可磨灭的作用。本文设计了一套星载合成孔径雷达系统设计与模拟软件，把系统分析人员从庞杂的运算中解放出来，使他们能将更多的精力用于系统评估和决策，以达到整体优化、提高效率和质量的目的。该软件已经在双频多极化多模式合成孔径雷达、环境灾害监测预报合成孔径雷达小卫星等多个项目中得到了应用。 本文从星载雷达的星地几何关系入手，舍弃传统星载合成孔径雷达研究中的球地球模型和圆轨道模型，研究了在地球椭球模型和椭圆轨道模型下由雷达天线确定目标坐标的方法，并在此基础上研制了星载合成孔径雷达系统设计与模拟软件，完成雷达系统天线尺寸、脉冲重复频率、信号带宽、雷达信号数据率、雷达发射功率、卫星平台的偏航牵引等几个方面的系统参数设计以及雷达多普勒特性、雷达系统模糊、雷达定位及精度的分析，最后完成雷达回波信号的模拟。 本文的主要贡献在于： 1．论文采用模块化的程序设计方法编写了星载合成孔径雷达系统设计与模拟软件，完成星载合成孔径雷达的系统设计和模拟工作。该软件有通用的Windows界面以及合理完善的框架结构，便于使用、维护和功能扩展。 2．在地球模型和轨道模型方面，论文根据星载合成孔径雷达工作的特点，摒弃了球地球和圆轨道的传统模型，创新性的采用三个椭圆解决了星载雷达的星地几何关系问题，得到了在地球椭球模型和椭圆轨道模型下由雷达天线指向确定目标坐标的方法，为星载合成孔径雷达系统设计与模拟提供了更为精确的几何基础。 3．在雷达多普勒特性分析中，论文采用椭球地球模型和椭圆轨道模型，结合地球的自转，通过不同偏心率下雷达多普勒特性的比较，研究了轨道偏心率对 合成孔径雷达系统设计与模拟软件研究 雷达多普勒调频斜率的影响。 4．论文在深入研究星载雷达实际工作状况的基础上，提出了一种由卫星位置和 平台姿态获得卫星与目标所在的定位平面，再根据目标所在地面的弯曲状况 以及卫星到目标的距离确定目标位置的方法。在此基础上，论文剖析了雷达 及平台参数变化对目标定位的影响，提出了通过平台位置精度、平台姿态稳 定精度和雷达定时精度来分析目标定位精度的方法。 5．在星载合成孔径雷达模拟方面，论文在其它星载雷达模拟方法分析基础上， 把握星载合成孔径雷达的工作流程，提出了基于雷达实际工作方式的系统模 拟方案。该方案不仅可以逼近真实的模拟雷达目标的回波，还能模拟出雷达 几个主要分机对系统的影响。实验证明，该方案的确能够正确、有效的模拟 星载合成孔径雷达的系统工作状况。