机载合成孔径雷达回波数据仿真研究_冯思亮

军事通信冯思亮等:机载合成孔径雷达回波数据仿真研究

机载合成孔径雷达回波数据仿真研究

冯思亮,王志刚,徐继麟

(电子科技大学电子工程学院　四川成都　610054)

摘　要:机载SAR回波数据是机载SAR信号处理的基础,但靠挂飞实验得到的数据价格昂贵且不灵活,也无法分析载机平台运动变化或雷达参数变化对整个SAR系统的影响。针对这一点,本文叙述了回波数据模拟的点目标理论模型并提出了二维SAR回波数据模拟的方法,给出了模拟实验的结果。并举出了这种回波数据模拟的一种应用,既通过点目标模型观察载机加速度误差对成像质量的影响。

关键词:合成孔径雷达;回波数据模拟;加速度误差;成像质量中图分类号:

TN955　　　　　文献标识码:

A　　　　　文章编号:

1004373X(2005)1304202

StudyofAirborneSARRawSignalSimulation

FENGSiliang,WANGZhigang,XUJilin

(SchoolofElectronicEngineering,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu,610054,China)

Abstract:AirborneSARrawsignalisthefoundationofairborneSARsignalprocessing,butthedatagotbyflightexperimentationisexpensiveandunflexible,meanwhile,theeffectofflightmovementandradarparametersrelatedwithSARsystemcannotbeana-lyzed.ThispaperdiscussesthepointobjectrawsignalmodelandthemethodofSARbackwavedatasimulation,andtheresultsofex-perimentationaregiven.Takingtheapplicationofbackwavedatasimulationasanexample.Bythemodelofpointbackwave,theeffectofimagequalityrelatedwithplaneaccelerationerrorsisobserved.

Keywords:syntheticapertureradar;simulationofrawsignal;errorofacceleration;imagequality

　　SAR原始数据的计算机模拟是一项非常有意义的研究课题。由于SAR试验十分昂贵,在研究SAR的各项性能时,不可能完全依赖于飞行试验,于是原始信号模拟成为分析SAR性能的重要工具。本文分析了SAR回波数据的产生方法,并给出一个长方形物体的SAR成像结果。同时还对SAR平台姿态扰动对成像质量的影响进行分析,其中主要分析了加速度不为零情况下对成像质量的影响。

Sr(t)=St(t-T)

其中,T==1+

cc2R

2

上式代入式(2),(3)整理得:

(3)

,关系如图1所示。把

1　SAR回波数据的点目标理论模型

设雷达发射信号为线性调频脉冲串f(t),采用正交通道接收,则:　f(t)=

n=-∞+∞

图1　发射信号幅度归一化

jSr(x,t)=exp[j2πfc(t-p(t-nTr)

-j

2

K(t-T)2

∑

=A 　

n=-∞

∑

+∞

rect(t-nTr) exp{j[2πfc(t-nTr)+

(x-X)2(4)λR

　　接收到的信号Sr(x,t)经同步检波,减去载频kc,将幅度归一化得:

Srd(x,t)=j

K(t-T)22

2

-j(x-X)

1

K(t-nTr)2-h(t-nTr)]}(1)2

其中,rect(t)是矩形脉冲,h(t)是线性调频信号的相位编码,Tr是脉冲的重复周期,K是信号线性调频率;fc是发射信号载频。

在单个脉冲周期中发射信号幅度归一化后:

St(t)=exj(2πfct+

1

Kt2)2

(2)

(5)

其中x是一个以Tr为周期的离散量,即x=m/PRF;假设以采样率fs对距离向进行采样,即t=n/fs;可得:

1n

Srd(m,n)=exjK(-T)2 　　　

2fs

ex-j

2πm

(-X)2PRF

(6)

　　通过点目标散射和天线的增益,接收到的信号:

收稿日期:

200507

18

　　式(6)就是最后的存储形式。

2　二维回波数据模拟方法与步骤

由于SAR无论距离向还是方位向都有一定的分辨力,所以可以把成像目标平面离散为若干矩形单元,每个矩形单元的长和宽都应小于SAR的方位分辨力和距离分辨力,同时长和宽也要远远大于雷达发射波的波长。并以每个矩形单元中心点代替整个矩形单元。如图2所示

。

64

速度和垂直航线速度方面存在一定误差,造成图像质量下降。这里只讨论加速度的影响。加速度不为0时,由于雷达信号的脉冲重复频率(PRF)是一定的,所以下一时刻雷达发射接收脉冲的方位向位置必然与理想位置有偏差,同时也造成地面点到天线的距离与理想情况有偏差。同时用R_D算法成像时,要对多普勒调频率进行估计,即对这个合成孔径时间内的速度进行估计。由于在成像过程中受加速度影响的因素较多,所以直接计算加速度对图像指标影响略为困难。但是利用点目标回波模型,就可以比较轻松地得出加速度对积分旁瓣比的影响。表1为加速度a不为0时的几组仿真结果

。

图2　二维回波数据模拟方法

回波数据模拟的实现步骤为:

(1)生成待仿真目标的地理坐标矩阵。此步骤确定要生成目标的形状、大小,并用矩形网格对其离散。

(2)确定载机平台,雷达的各项参数。其中包括平台高度、速度、载机的起始位置、天线相位中心角、雷达的波长、线性调频率、脉冲重复频率、天线方位向长度、天线距离向长度、脉冲持续时间、距离向采样率和合成孔径时间等。

(3)计算在此时刻雷达所能照射的范围内有效点到载机的距离,根据第二节方法对每一个天线主瓣范围内的点产生回波数据,并把所有天线主瓣范围内有效点回波数据进行累加。

(4)载机平台飞到下一个时刻,重复(3)的过程,直到飞行结束。

实际上,二维回波数据是在点目标回波数据基础上对方位向和距离向上所有有效点进行累加。

a=

a=a=a=a=

00.0.0.0.

图3　仿真结果

表1　加速度a不为0时的几组仿真结果

加速度(a)

051152

距离向积分旁瓣比(ISLR)

16.07116.03215.7615.28715.279

方位向积分旁瓣比(ISLR)

10.84910.84110.83210.82810.822

3　仿真结果及分析

本文成像采用R_D算法成像,仿真时所采用的载机和平台参数为:雷达波长λ=0.03125m,载机平台速度va=100m/s,线性调频率K=1.25×10,雷达相位中心的斜距R0=15000,方位向波束宽度θ=1.5°,脉冲重复频率PRF=250,脉冲持续时间f×10,距离向采样率p=2×107。fs=7

-513

3.1　点目标回波模拟的仿真结果

根据以上参数,距离向和方位向压缩结果和点目标成像图形如图3所示。

3.2　加速度对积分旁瓣比的影响

加速度在合成孔径雷达运动补偿过程中,是一个较为重要的参数。在理论推导过程中,认为载机是做匀速直线运动。但事实上载机不可能完全是匀速运动,他必定在加

图4　平面成像结果图

(下转第48页)　

43

信息安全

摘要;

王伟兵等:一种基于PKI的保密文件传输方案

用CA系统来查验对方的数字证书,从而得到对方的真实身份,从而完成身份认证过程。

信息的保密性　信息的保密性是通过使用公开密钥和对称密钥的技术达到的。发送方使用收信方的公钥对通信密钥加密,然后收信方使用自己的私钥进行解密,由于其他人无法得到收信方的私钥,因此确保了对称密钥的保密性,有了对称密钥后,就可以利用对称密钥对信息进行加密。

信息的完整性　通信过程中,发送方使用散列函数生成文件的摘要,然后是用自己的私钥进行签名,与原文件合并后再加密后传送给对方,接收方收到后先解密,拆分出原文件和数字签名,对于原文件用同样的散列函数生成摘要,对签名则用发送方的公钥解密得到摘要,比较两个摘要的一致性,即可确定文件在传送过程中是否被篡改或者完整性被破坏。

不可否认性　在通信过程中,发送方使用自己的私钥对文件的摘要进行签名,除了发送方自己外,其他人无法知道发送者的私钥,所以发送者的发送行为无法在事后否认。

图3　文件保密传输过程

参　考　文　献

[1]卢开澄.计算机密码学[M].北京:清华大学出版社,2003.[2]张玉清.公钥基础设施(PKI)实现和管理电子安全[M].

北京:清华大学出版社,2002.

[3]刘玉莎,张晔,张志皓,等.公钥基础设施在网络安全中

的研究与应用[J].计算机工程与应用,2000,36(3):133137.

[4]周琦,郑学风.基于PKI体系结构的双向身份认证模型

[J].电子科技,2005,(3)3637,42.

(8)接收方B将2个摘要进行比较,若一致,说明信息没有被破坏或篡改;否则丢弃该文档

。

4　方案评价

本方案分为2个模块:身份认证模块和保密传输模块。通过这两者的结合,较好地满足了保密文件传输的要求,具体表现如下:

通信身份的验证　在正式通信之前,通信双方交换彼此存储在智能卡中的数字证书,存储在智能卡中的数字证书是由可信任的第三方PKI中的CA提供,双方都可以使

作者简介　王伟兵　男,1977年出生,广东警官学院教师。研究方向为网络安全。

肖永伟　男,1976年出生,广东警官学院教师。研究方向为警体训练与网络安全。

(上接第43页)

　　由表1可知,当加速度不为零时,ISLR随加速度增大而减小。

果证明这种方法切实可行。

参　考　文　献

[1]张澄波.综合孔径雷达原理系统分析与应用[M].北京:

科学出版社,1989.[2][3]

FranceschettiG.SAARASARRawSignalSimulation[J].IEEETrans.GE,1992.

FranceschettiG.SARSimulationofActualGroundSitesDescribedinTermsofSparseInputData[J].IEEETrans.GE,1994,(2).

[4]李凌杰,王建国,黄顺吉.基于真实反射场景SAR原始数

据模拟[J].电子科技大学学报,1991,(6).

3.3　计算机模拟的二维图形

图4为一个“T”形平面物体成像结果图和3条方位向平行线组成的平面成像结果图,“T”形图中物体的方位向

为120m,距离向为180m。“三条平行线图”中三条线的长度都为120m。

4　结　语

本文给出了在没有真实SAR图像时,产生回波数据的方法,并给出了成像结果,而且给出了这种方法的应用,即用回波数据分析加速度误差对图像质量的影响。仿真结

作者简介　冯思亮　男,1981年出生,电子科技大学硕士研究生。主要从事合成孔径雷达信号处理工作。

王志刚　女,电子科技大学硕士研究生。

徐继麟　男,电子科技大学教授,博士生导师。主要从事雷达信号处理工作。