对流层路径延迟对SAR方位压缩的影响（CSDN_20240301）
目录
仿真参数
方位向脉冲压缩与高阶多普勒参数的关系
仿真结果
2m分辨率
1m分辨率
0.5m分辨率
0.3m分辨率
0.2m分辨率
0.1m分辨率
0.05m分辨率
小结
对流层路径延迟对方位脉冲压缩的影响
仿真参数
| 地球参数 | 赤道半径（m） | 6378140 |
| 极半径（m） | 6356755.3 | |
| 轨道参数 | 半长轴（km） | 7000 |
| 倾角（°） | 99 | |
| 偏心率 | 0.0011 | |
| 姿态导引 | 二维姿态导引 | |
方位向脉冲压缩与高阶多普勒参数的关系
随着方位向分辨率的提高，距离历程的高阶项（即高阶多普勒参数）对脉冲压缩的影响越来越明显。本实验分析了不同分辨率下，为了得到符合要求的脉冲压缩性能，需要考虑的多普勒参数的阶数。
仿真结果
2m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | fd |
|
| 1 | 2.031510 | 0.42 | 6144 | 1.228600 | 3579.214668 | 0 | -2913.259029 |
| 拟合阶数 |
|
|
| 2 | 0 | -2913.259029 |
1m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 2 | 0.992119 | 0.86 | 12580 | 2.515800 | 7328.970995 | 0 | -2913.268251 | 2 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr |
| 2 | -0.000002 | -2913.229587 |
0.5m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 3 | 0.501910 | 1.70 | 24868 | 4.973400 | 14487.077336 | 0 | -2913.268251 | 4 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr | F3 | F4 |
| 2 | -0.000006 | -2913.117174 | ||
| 3 | 0.000015 | -2913.117174 | -0.000011 | |
| 4 | -0.000000 | -2913.268242 | 0.000000 | 0.028499 |
0.3m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 4 | 0.304738 | 2.80 | 40966 | 8.193000 | 23860.491862 | 0 | -2913.268251 | 4 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr | F3 | F4 |
| 2 | -0.000016 | -2912.858341 | ||
| 3 | 0.000041 | -2912.858341 | -0.000011 | |
| 4 | -0.000000 | -2913.268180 | 0.000000 | 0.028491 |
0.2m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 5 | 0.198466 | 4.30 | 62930 | 12.585800 | 36637.138832 | 0 | -2913.268251 | 4 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr | F3 | F4 |
| 2 | -0.000039 | -2912.301320 | ||
| 3 | 0.000097 | -2912.301320 | -0.000011 | |
| 4 | -0.000000 | -2913.267854 | 0.000000 | 0.028474 |
0.1m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 6 | 0.101661 | 8.40 | 123124 | 24.624600 | 71524.017502 | 0 | -2913.268251 | 4 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr | F3 | F4 |
| 2 | -0.000147 | -2909.573594 | ||
| 3 | 0.000369 | -2909.573594 | -0.000011 | |
| 4 | -0.000000 | -2913.262456 | 0.000000 | 0.028389 |
0.05m分辨率
| 序号 | 分辨率(m) | 扫描角(deg) | Na | Tsyn (s) | Doppler带宽 (Hz) | Fd | Fr | 拟合阶数 |
| 7 | 0.050376 | 17.00 | 250790 | 50.157800 | 144339.033226 | 0 | -2913.268251 | 6 |
| 拟合阶数 | Fd | Fr | F3 | F4 | F5 | F6 |
| 2 | -0.000602 | -2898.057129 | ||||
| 3 | 0.001506 | -2898.057129 | -0.000011 | |||
| 4 | -0.000006 | -2913.170129 | 0.000000 | 0.028033 | ||
| 5 | 0.000010 | -2913.170129 | -0.000000 | 0.028033 | 0.000000 | |
| 6 | -0.000000 | -2913.267609 | 0.000000 | 0.028498 | -0.000000 | -0.000001 |
小结
- 相同的参数，使用matlab中polyfit函数拟合，拟合阶数不同时，得到的结果不同。
- X波段情况下，分辨率越高，需要考虑的相位误差阶数就越高
- 1m分辨率只需要考虑一阶和二阶相位误差
- 0.5m分辨率时，需要考虑三阶相位误差
- 0.1~0.3m分辨率时，需要考虑四次相位误差
- 5cm分辨率时，需要考虑六次相位误差
- 在小斜视角情况下，奇次阶相位误差很小，可以忽略。
对流层路径延迟对方位脉冲压缩的影响
对流层引入的路径延迟与温度、湿度、气压等因素有关，目前计算对流层路径延迟的方法主要有3种：静态模型、高度模型和积分模型。静态模型仅与雷达入射角和目标高度有关；高度模型将对流层路径延迟分为静态延迟、湿延迟和液体延迟3种，根据目标的高度估计气压、温湿度等参数，进而估计路径延迟；积分模型将对流层分为多层，分别计算电磁波在每一层的延迟量。
本实验旨在分析路径延迟对脉冲压缩的影响，所以没有考虑精度问题，直接使用静态模型计算点目标的对流层路径延迟（假设点目标的海拔为0米）。仿真结果如下表所示。
| 分辨率 | 对流程延迟 | 脉冲压缩结果 |
| 1m |  |  |
| 0.5m |  |  |
| 0.3m |  |  |
| 0.2m |  |  |
| 0.1m |  |  |
| 0.05m |  |  |
在给定的轨道参数和系统参数下，根据上面的仿真结果可以得到结论：
- 1. 方位向分辨率低于1米时，可以忽略对流层路径延迟对方位向聚焦的影响；
- 2. 分辨率优于0.5米时，对流层路径延迟开始对方位向聚焦产生不利影响，且随着分辨率的提高（合成孔径时间的增长），这种不利影响越来越严重，如在成像算法中不对其进行补偿，将无法得到聚焦良好的图像。