滑动聚束SAR步进扫描影响分析*

滑动聚束合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是近几年来线性SAR为实现高分辨所经常使用的工作模式之一[1]。该模式通过方位向的波束扫描来延长目标的雷达波束照射时间，为此目标可获得较大的方位向信号带宽，进而实现高分辨成像。滑动聚束SAR的实现是依赖于方位向波束的连续扫描，但在实际系统中这一方式往往很难实现，通常以步进扫描的方式实现。这种步进扫描的方式导致雷达对目标天线方向图的调制方式发生了改变[2]，进而导致成对回波的出现。文献[2]只是针对地形观测循序扫描(Terrain Observation by Progressive Scan， TOPS) SAR的这种现象进行定性的一维谱分析，对成对回波所在的位置和峰值并未进行翔实的理论推导和定量的分析。文献[3]对TOPS SAR模式天线指向角度进行建模，该模型与滑动聚束SAR天线波束指向模型有较大的差异。

本文从滑动聚束SAR波束控制角度出发，分析了步进扫描对滑动聚束SAR成像结果的影响，并定量分析步进扫描方式对滑动聚束SAR成像结果中的成对回波幅度和位置关系，这一关系可为滑动聚束SAR系统波束扫描设计提供相应的参数依据。

1 波束步进扫描控制模型及影响分析

在SAR系统实际工作中，雷达的天线方向图为sinc(·)函数，考虑雷达传播的双程效应，其方向图为sinc2(·)，由天线方向性图的表达式[4]可知：

 

(1)

式中，θa(η)是目标与天线相位中心的方位夹角，θac(η)表示的是方位向相位中心视角。Nd是天线阵元数，d是天线阵元之间的间距。设雷达的运行速度是Vr，天线波束在地面的移动速度为Vg，设雷达工作时间范围为雷达与地面目标的最短斜距，假设目标T所在的位置是[X0,Y0,0]，其示意图如图1所示。

  

图1 滑动聚束SAR波束扫描Fig.1 Sliding spotlight SAR beam scan

其中：

③Jack L．Walker，“The diffusion of innovations among the American States”，The American Political Science Review，1969，63(3)，pp．880 ～899;Shipan，Charles R．，Craig Volden，“Policy diffusion:seven lessons for scholars and practitioners”，Public Administration Review，2012，72(6)，pp．788 ～796．

 

(2)

则目标所在的双程天线方向图加权可表示为G(η)=ω2(θa,θac,η)，在小角度的假设下[5-8]，可以近似表示为：

[4] 陈祺.星载多模式合成孔径雷达成像技术研究 [D]. 长沙: 国防科技大学, 2013.

 

 

(3)

其中：L为天线长度，L=Ndd；kφ为天线相位扫描的扫描率；ξ(η)为天线相位扫描的步进波控时间。设天线电扫步进脉冲驻留数为Td，则在观测时间内天线相位扫描的等效步进波控时间可表示为：

ξ(η)=⎣

(4)

其中：PRF为系统的脉冲重复频率；⎣为取整后的数值；为在观测时间内的锯齿波函数，其周期为由式(4)的表达式可知，ξ(η)为单调阶梯函数。波控时序如图2所示。

  

图2 不同扫描方式下波控时序Fig.2 Timing sequence of different scan method

为简化表达式，本文令X0=0，即对处于观测中心时刻的目标进行分析。则式(3)可表示为：

G(η)

 

(5)

图3为不同扫描方式下的天线方向图，由图可知，步进扫描的天线方向图会累加锯齿状波动。

手术治疗前,实验组患者的JOA评分为(8.5±1.51)分,对照组患者的JOA评分为(8.31±1.23)分,两组间的比较差异无统计学意义(P>0.05);手术治疗后,实验组患者的JOA评分(15.21±2.65)分,大大高于对照组的(12.32±1.65)分,两组间比较差异具有统计学意义(P>0.05)。

  

图3 不同扫描方式下天线方向图Fig.3 Antenna pattern of different scan method

锯齿波函数可以用傅里叶级数来表示[9-10]：

f′(η)=kφ(η-ξ(η))

 

(6)

两组母亲生活质量比较，ASD组母亲生活质量各维度(生理领域、心理领域、社会领域、环境领域)得分均低于对照组 (P<0.01)，有显著的统计学差异。(表3)

 

(7)

式(5)可写为：

G(η)

=sinc2[g(η)+f(η)]

(8)

图2为加入纳米粒子后酯化淀粉基膜材的透射电镜图谱。其中，灰色背景为膜材基体，黑色的丝状部分为纳米粒子。从右图可以看出，纳米粒子呈现趋向均一的分散状态，纳米粒子在酯化淀粉基膜材基体中并未出现明显的聚集体，另外，还可观察到厚度d≈12.57 nm、19.68 nm的层状结构。有研究表明，纳米粒子呈现定向分散时，主要形成了插层型结构，部分形成剥离型结构[16]。在酯化淀粉基膜材中，纳米粒子与淀粉分子、增塑剂相互作用促使纳米粒子层状结构排列规整，促进了插层型结构的形成。

 

(9)

在滑动聚束SAR系统中，存在：

1019 Clinical analysis of 11 stroke warning syndrome patients treated with alteplase intravenous thrombolysis

g(η)≫f(η)

(10)

对式(8)中的f(η)进行一阶泰勒近似展开：

G(η)=sinc2[g(η)+f(η)]

经计算，其中各阶傅里叶系数为：

≈sinc2[g(η)]+

 

(11)

记：

 

(12)

其中，F[·]为函数的傅里叶变换计算。则式(11)也可表示为：

G(ω)=F[G(η)]

⊗F1(ω)

在被保护的一次设备未发生故障的前提下，包括继电保护装置在内的控制跳闸的二次回路(硬件和接线)意外偶然接通或断路器机构故障而导致跳闸，称其为第一类误动，也以指数分布模型表示其概率:

=

 

 

(13)

图6为点目标仿真结果，从图6可以看出，在方位向出现了成对虚像，虚像偏离点目标的像素数与点目标的多普勒带宽的比值和脉冲步进持续数与系统的PRF比值相对应，该现象出现在星载SAR实测滑动聚束模式图像中，这一结果验证了式(14)结果的正确性。

 

(14)

从式(14)可以看出，成对回波的位置和峰值的幅度与滑动聚束SAR系统的步进扫描脉冲驻留时间Tp有关。Tp的具体影响在下一节中将结合数值仿真做具体的分析。

2 信号仿真

为验证上述算法的正确性，本文做了一维方位谱验证和二维点目标仿真，仿真参数如表1所示。

 

表1 仿真参数设置

 

Tab.1 Simulation parameters for step steering scan

  

仿真参数取值范围载频/GHz9.6天线方位向长度/m2.8目标与平台最近斜距/km45扫描起始角度/(°)2扫描结束角度/(°)-2工作时长/s15脉冲重复频率/Hz600系统带宽/MHz600采样率/MHz720步进扫描脉冲驻留数30/72平台运行速度/(m/s)240

为验证式(13)和式(14)的结果，本文分别做了脉冲驻留数为30和72的一维方位谱验证。仿真结果如图4所示。

（1）训练集的获取。不同于其他数据挖掘应用过程，医学上可以通过大量临床患者数据作为样本集，而无须通过随机生成一组属性数据进而通过重复该操作 n 次得到包含 n 个样本的训练集。

从图4 (a)和图4(c)的仿真结果中可以看出，在天线步进扫描的情况下，不同的脉冲驻留时间都会引起不同程度的成对回波。为方便分析，本文选取各自左边第一个成对回波进行分析，具体如图4(b)和图4(d)所示。在脉冲驻留数为30和72的情况下，其第一个成对回波分别出现于ω30=±20和ω72=±8.331处，与式(14)理论值的计算相符；成对回波的双峰分别出现于ω30=±20.17和ω72=±19.83，与式(14)理论值的计算相符，且峰值分别为A30=-27.9 dB和A72=-23.72 dB，比周围旁瓣约高出-13 dB，与理论值的计算相符。

居住建筑内部空间的摆设品味定位主要包括家具、电器、艺术品、人工照明的灯具样式、绿化、窗饰等。这部分主要取决于户主的年龄、职业、偏好等，具有非常明显的主观意愿，设计师也可提供具有一定艺术修养的专业意见。

  

(a) Td=30脉压结果(a) Result of Td=30

  

(b) 第一个成对回波(Td=30)(b) The first paired-echo(Td=30)

  

(c) Td=72脉压结果(c) Result of Td=72

  

(d) 第一个成对回波(Td=72)(d) The first paired-echo(Td=72)图4 不同Td的仿真结果Fig.4 Simulation results of different Td

由式(14)可知，当Tp增大至某个数值时，该成对回波会混入主瓣，导致峰值旁瓣比和积分旁瓣比的抬升，即T′d为：

T′d≥⎣

(15)

图5为不同脉冲驻留数脉冲压缩性能对比结果。本文从峰值旁瓣比(Peak Side-Lobe Ratio，PSLR)、积分旁瓣比(Integrated Side-Lobe Ratio，ISLR)和分辨率(Resolution，Res)三个参数来描述波束步进控制扫描对聚焦的影响，如表2所示。

产业集群能够驱动人才振兴[24]。农民工返乡创业集群能够推动农民立标杆找差距广交流，能够提升创业机会识别能力，改变就业观念与就业模式。农民工返乡创业一旦形成集群，由于羊群效应，其他创业者更容易模仿农民工的创业行为，学习农民工创新精神、前瞻性眼光、忍耐力等创业特质，并以创业农民工为标杆，找出自身差距，从而逐渐出现更多拥有创业家的特质的人。同时集群内部创业家密集的存在，不仅通过互动竞争推动彼此不断学习和创新，而且通过合作尤其是通过纵向和横向之间的合作交流，形成集群网络，有效提升农民工创业者的自身能力。

  

图5 不同脉冲驻留数性能影响Fig.5 Performance impact for different scan number

 

表2 不同脉冲驻留数影响分析

 

Tab.2 Analysis of impact for different scan number

  

脉冲驻留数TdPSLR/dBISLR/dBRes/m0-20.5269-12.34780.7465200-19.1743-12.31090.74652000-9.0338-10.74090.7465

由表2和图5的结果分析可知，扫描脉冲步进数增大至一定值时，成对回波会混进主瓣，恶化回波信号聚焦时的PSLR和ISLR指标，进而导致聚焦性能下降。因此在系统设计时，需考虑扫描步进脉冲持续数Td的这一影响，即式(15)所示的临界值。

其中：

在式(13)中，可发现由于天线波束指向的步进扫描形式，目标方位向频谱的傅里叶变换结果有成对回波现象出现。在ω=±m/Tp处，成对回波以双峰的形式出现，其双峰的峰值位置ωcouple和幅度Acouple为：

  

图6 点目标仿真结果Fig.6 Simulation results of point target

3 结论

本文基于滑动聚束SAR天线相位扫描波束步进控制数学模型，提出一种可以定量分析和解释滑动聚束SAR由于步进扫描所导致成对回波的方法。该方法利用泰勒展开和傅里叶级数近似首次解释了滑动聚束SAR由于步进扫描所导致成对回波的现象，并具体给出成对回波幅度和位置表达式。该方法可为下一步这一现象的消除与抑制提供思路和理论依据。

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就我国当前农业经济体制来看，要规范和加快农业经济有效发展，改善农业经济产业化的体系和生产，相关部门应跟进组织农业经济发展概况，加强改革力度，扩大革新区域，推动农业本土经济与现代化的工业企业合作，联合相关企业和农业，使二者互相促进，提升农业经济，增加销量、产量一体化的进程[1]。对于中西部的一些地区来说，农业经济创新发展方案尚未成型，在东部、沿海等经济发达地区应积极推广农业经济合作一体化方案，不断提高我国各地区农业经济产值。

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G(η)=ω2(θa,θac,η)

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钻头的扩孔结构采用二级扩孔设计方案，相较于常规单级扩孔双心钻头，该方案的优越性在于：分级扩孔有利于释放地层应力[8-9]，从而降低扩孔部分的切削能耗，提高扩孔钻进效率和扩孔能力，同时减小扩孔刀翼的工作载荷。

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材料为冬小麦秋乐2122，购自河南秋乐种业科技股份有限公司。选取子粒饱满，大小均匀，无病虫害的小麦种子，用0.5%次氯酸钠消毒15 min，室温下黑暗萌发24 h，在铺有2层滤纸的培养皿中用去离子水培养1 d后备用。以不含有硝酸盐的改良 Hoagland溶液为 0 mmmol／L对照，含有 10、60 mmmol／L硝酸盐的改良Hoagland溶液为处理继续培养6 d，用于形态和生理指标测定。Hoagland溶液改良配方见表1，在0 mmol／L溶液中为维持渗透和电荷平衡，用Cl－代替处理液的硝酸盐。培养条件为25～20℃，光照度 4000～4500lx，14h 光照／10h 黑暗。

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变电站运行维护过程中，需预防自然因素、人员因素与设备自身因素出现的风险问题，通过科学合理的分析研究方式，进行现代化的运行维护，提升整体变电站管理工作质量，保证在提升变电站运维工作效果的基础上，促进管理工作合理实施。

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