高校网站建设要点,广州网站推广￥做下拉去118cr,沅江网站制作,品牌网站设计制作服务公司一、前言本示例展示了如何评估星载合成孔径雷达 #xff08;SAR#xff09; 的性能#xff0c;并将理论极限与 SAR 系统的可实现要求进行比较。SAR利用雷达天线在目标区域上的运动来提供更精细的方位角分辨率。给定雷达的主要参数#xff08;例如工作频率、天线尺寸和带宽SAR 的性能并将理论极限与 SAR 系统的可实现要求进行比较。SAR利用雷达天线在目标区域上的运动来提供更精细的方位角分辨率。给定雷达的主要参数例如工作频率、天线尺寸和带宽及其安装的平台例如高度、速度、安装位置确定性能参数例如占地面积、方位角和距离分辨率、SAR 图像的信噪比 SNR 和噪声等效反射率 NER。二、SAR系统参数和惯例考虑在 5.5 GHz 的 C 波段工作、脉冲带宽为 500 MHz 的低地球轨道 LEO 卫星上的雷达。该卫星的高度为565公里以7.0公里/秒的速度移动。雷达天线尺寸为 5.2 m沿方位角x 高度为 1.1 m。假设回波处理 0.8 秒斜角为 90 度。2.1 实际天线波束宽度和增益计算实际天线波束宽度。计算天线增益。2.2 天线方向俯角通常用于定义天线指向方向。2.3地球曲率效应许多雷达系统的典型假设是地球是平坦的因此俯角与掠角相同如图所示。分别根据视线范围计算凹陷角和掠角。使用球形地球模型而不是平坦地球模型观察到在660 km以上的范围内凹陷角校正大于半波束宽度因此在这种情况下考虑地球曲率至关重要。2.4 非视距传播雷达能量被大气折射并向地球弯曲使雷达能够看到地平线之外。使用该函数使用平均曲率半径方法对对流层折射的影响进行建模。由于有效地球半径等于实际地球半径因此可以得出结论在这种情况下对流层折射可以忽略不计。在这种情况下电离层折射将被忽略。对于此示例的其余部分请选择 68.96 度的俯角这对应于 67 度的掠角和 609.4 km 的倾斜范围。三、真实和合成孔径天线的封装和分辨率3.1 雷达足迹接下来使用该函数计算天线占用空间。足迹由沿范围条带或沿范围方向覆盖的距离和跨范围条带或跨范围方向覆盖的距离确定。计算从地面轨道或卫星的最低点到地面雷达波束中心的距离。请注意虽然地球曲率对足迹大小的影响很小但对于给定的 9.5 km 倾斜范围它会沿范围方向将光束中心位置移动 609.4 km。3.2 对频率和角度变化的封装敏感性分析天线足迹对频率变化的敏感性。提高雷达的工作频率可以减少天线的占用空间。接下来将工作频率固定回5.5 GHz并分析天线足迹对掠角变化的敏感性。绘制从雷达足迹中心到卫星地面轨迹地面范围的距离作为视角的函数。正如预期的那样当掠射角增加时光束足迹和光束中心距离到最低点会减小。3.3 真实天线分辨率地面距离分辨率是在最终图像中无法分离两个点目标的距离。使用该函数计算实际天线的倾斜范围分辨率该分辨率由信号带宽决定。将倾斜范围分辨率投影到给定掠射角度的地平面。地面距离分辨率总是比倾斜距离分辨率差。两者之间的差异随着掠角的增加而增加。请注意跨量程分辨率与跨量程封装相同因为不执行信号处理来提高分辨率。这种跨范围分辨率显然是不够的。接下来分析几个信号带宽的接地距离分辨率对掠角变化的灵敏度。最佳距离分辨率是通过高信号带宽和低掠角实现的。对于给定的带宽距离分辨率会随着掠角的增加而恶化。在 500 MHz 时范围分辨率从 42 度掠角下的 45 cm 到掠角为 1 度的 73.80 m 不等。3.4 合成天线的理想分辨率与有效分辨率上一节介绍了真实孔径雷达的范围和跨距离分辨率下一步是使用 and 函数计算合成孔径长度及其跨距离或方位角分辨率。请注意距离分辨率取决于发射信号带宽和掠射角度对于真实孔径雷达和SAR保持不变。在这种情况下使用 SAR 的最佳跨范围分辨率为 2.6 m。与真实天线的6.4公里跨范围分辨率相比这是一个相当大的改进。然而为了达到这种性能脉冲需要积分超过1.1秒。此示例中分析的系统指定的积分时间仅为 800 毫秒。这会影响雷达的有效跨距离分辨率。通过仅对800 ms的脉冲进行积分与理想情况相比合成孔径长度减少了800 m跨量程分辨率减少了0.4 m至3.0 m。由于数据处理时间不到1.11秒雷达可以在计算过程中将目标保持在波束足迹内。接下来分析跨量程分辨率对频率变化的灵敏度。跨量程分辨率在较高频率下得到改善。四、SAR图像中的范围和跨范围模糊覆盖范围条带长度和分辨率不能单独选择因为它们都会对脉冲重复频率PRF施加限制。如果PRF设置得太低雷达就会受到光栅瓣和多普勒或跨量程模糊的影响。如果PRF设置得太高则范围测量值不明确。掠角也会影响PRF的选择因为它会影响天线的足迹如上一节所示。4.1 PRF 上限和下限使用该函数在给定卫星速度和掠射角度的情况下确定各种范围覆盖范围足迹和跨范围分辨率的最小和最大 PRF 值。4.2 PRF选择因素PRF通常是可编程的可以针对每个任务进行优化。使用该函数根据卫星速度和沿方位角的实际天线尺寸计算雷达的PRF。指定恒定滚降系数作为安全裕度以防止主瓣返回在PRF间隔中混叠。所选 PRF 在 PRF 范围内。SAR平台在脉冲重复间隔PRI内的运动为1.73 m。4.3 光栅瓣分析现在使用有效孔径长度和元素间距对具有系统对象的合成阵列进行建模。请注意元件间距超过波长的31.8倍因此雷达具有光栅瓣。回想一下实际天线方位角波束宽度是 0.6 度。将天线响应建模为具有相同波束宽度的高度定向余弦模式。绘制合成阵列和真实天线的模式响应以验证阵列的第一个光栅瓣是否位于真实天线方向图的零点因此雷达不会受到光栅瓣的负面影响。五、SAR图像信噪比和噪声等效反射率下一节将研究SAR方程中用于计算图像SNR的不同因子。首先分析目标或表面雷达横截面RCS和雨或体积杂波RCS。5.1 表面粗糙度与频率、偏振和掠角的关系使用该函数计算给定掠射角和工作频率的反射率或归一化雷达横截面 NRCS。地面图像平面中的目标RCS是使用并考虑雷达分辨率计算的。通常SAR 影像区域的亮度对应于表面的粗糙度因此山脉由于其较高的 RCS 而显得比平地更亮。粗糙度是根据波长测量的因此表面在一个频率下看起来粗糙而在另一个频率下看起来很光滑。另外请注意RCS 随着掠角的增加而增加。RCS 还取决于雷达的极化。使用该函数分析不同海面粗糙度即海况对海面反射率的偏振效应。请注意在低掠角下海洋RCS的变化要大得多并且水平极化信号的RCS低于相同海况下60度以下放牧角度的垂直极化信号。该图还表明随着掠角从10度增加到60度极化之间的差异减小。5.2 雨水反射率和信杂比 SCR来自雨水等不良来源的竞争回波会导致SAR图像下降。落在目标场景附近的雨水使该场景的图像变得混乱。使用该函数分析不同降雨率和偏振下的雨水反射率。观察到线性偏振的雨反射率高于圆偏振并且随着降雨速率的增加而增加。接下来使用该函数计算雨量 RCS该 RCS 由雷达 3-D 分辨率像元倾斜范围、方位角和高程分辨率定义。使用该函数计算来自目标场景的分辨率单元的信号能量与来自处理到目标场景的相同分辨率单元或雨水 SCR中的雨水返回的能量的比率。验证所有降雨率和所有目标包括具有弱 RCS 的目标如平地的信杂比是否保持在 20 dB 以上。因此此示例预计雨水不会成为此配置中此雷达的限制因素。5.3 SAR方程使用雷达方程的 SNR 形式估计雷达接收器可用的信噪比 SNR。首先对雷达系统及其环境的不同增益和损耗来源进行建模和估计。5.4 处理增益使用该函数计算匹配滤波器后噪声带宽降低引起的距离处理增益。使用该函数计算由于脉冲相干积分而产生的方位角处理增益。5.5 损耗和噪声因数使用该函数估计级联接收机级的噪声系数。假设具有以下值的七个阶段noisefigure第1级LNA噪声系数 1.0 dB增益 15.0第2级RF滤波器噪声系数 0.5 dB增益 -0.5第3级混频器噪声系数 5.0 dB增益 -7.0第4级中频滤波器噪声系数 1.0 dB增益 -1.0第5级中频前置放大器噪声系数 0.6 dB增益 15.0第6级中频级噪声系数 1.0 dB增益 20.0第7级鉴相器噪声系数 6.0 dB增益 -5.0使用该函数计算平坦陆地上的单向雷达传播系数。使用该函数计算大气气体吸收造成的损失。使用该函数根据ITU模型计算下雨造成的损失。或者您可以使用该函数根据起重机模型进行计算。使用该函数通过SAR雷达方程计算图像SNR。假设峰值功率为 5 kW。您还可以指定其他损耗和因素包括方位波束形状损耗、窗口损耗、传输损耗和接收线损耗。使用该函数估计光束形状损耗并将5 dB用于所有其他固定损耗组合。对于此分析请指定为 “” 以使用最弱的陆地目标。通常认为10 dB的最小图像SNR足以提供良好的图像质量因此对于该目标在35.9 dB时系统具有充足的裕量。5.6 噪声等效反射率NER或NEZ0最后使用该函数计算雷达的NER并分析其对频率变化的灵敏度。NER是在给定表面反射率下在接收器噪声存在下可以看到的最小的分布式杂波。它是衡量雷达对空间分布噪声的灵敏度的指标。对于此计算中的平滑地形NER 在 62.6.GHz 时为–5.5 dB并且随着频率的增加而增加。六、总结此示例说明如何估算星载SAR系统的性能参数例如覆盖范围、分辨率和SNR。首先确定 PRF 上限和下限以避免重影图像。然后分析不同偏振和掠角的目标和雨杂波RCS。然后估计雷达及其环境中的处理增益和损耗。最后使用 SAR 方程计算图像 SNR 和 NER。七、参考文献Doerry, Armin Walter. “Performance Limits for Synthetic Aperture Radar.” Sandia National Laboratories, February 1, 2006.O’Donnell, Robert. “Radar Systems Engineering .” IEEE Aerospace Electronic Systems Society, and IEEE New Hampshire Section, 2013.八、程序使用Matlab R2022b版本点击打开。版本过低运行该程序可能会报错 打开下面的“XXX.mlx”文件点击运行就可以看到上述效果。方式一程序下载方式二程序下载二
