一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，首先根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景位置以及衛(wèi)星平臺(tái)軌道信息確定出整個(gè)滑動(dòng)聚束成像的時(shí)間起止范圍，這也是衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍；其次利用SAR天線參數(shù)、分辨率指標(biāo)、以及場(chǎng)景中心所在的星下點(diǎn)視角確定出整個(gè)姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)；最后根據(jù)旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)位置以及平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)間范圍，確定出機(jī)動(dòng)期間衛(wèi)星平臺(tái)的三軸指向單位矢量，從而得到整個(gè)滑動(dòng)聚束成像期間衛(wèi)星平臺(tái)精確的姿態(tài)機(jī)動(dòng)方式，以保證衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方式達(dá)到相應(yīng)的成像指標(biāo)、以及最終所需的星載SAR圖像效果。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，屬于空間微波遙感

技術(shù)介紹
為滿足對(duì)星載SAR系統(tǒng)日益提升的偵察需求，需利用超帶寬發(fā)射信號(hào)結(jié)合超大轉(zhuǎn)動(dòng)角滑動(dòng)聚束模式分別實(shí)現(xiàn)距離向與方位向上的超高分辨率來滿足。若利用相位電掃描的方式來實(shí)現(xiàn)超寬帶大轉(zhuǎn)角波束掃描，則需要數(shù)目巨大的TR模塊、饋電網(wǎng)絡(luò)以及熱控網(wǎng)絡(luò)等，以保證天線波束掃描期間的電性能。然而，這些TR單元及網(wǎng)絡(luò)將極大地增加整星的重量、功耗以及研制成本，加大了工程實(shí)現(xiàn)難度。此外，利用相位電掃描方式將到天線波束掃描到較大角度時(shí)，其峰值增益將出現(xiàn)較大程度的衰減。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法。該方法通過衛(wèi)星平臺(tái)的機(jī)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)天線波束在方位向上的大角度掃描，一方面無需增加系統(tǒng)復(fù)雜度及重量功耗等，另一方面是在掃描過程中天線增益能夠始終保持其最大值而不會(huì)衰減，因此能夠保證在各角度下觀測(cè)的圖像信噪比。本專利技術(shù)解決的技術(shù)方案為：一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，包括步驟如下：(1)根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景位置以及衛(wèi)星平臺(tái)軌道信息，確定出整個(gè)滑動(dòng)聚束成像的時(shí)間范圍，即衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍；(2)利用SAR天線參數(shù)、分辨率指標(biāo)、以及場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)視角，確定出整個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)；(3)根據(jù)步驟(2)的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)以及步驟(1)的機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍，確定出機(jī)動(dòng)期間衛(wèi)星平臺(tái)的三軸指向單位矢量，從而得到整個(gè)滑動(dòng)聚束成像期間衛(wèi)星平臺(tái)精確的姿態(tài)機(jī)動(dòng)方式。步驟(1)中確定整個(gè)滑動(dòng)聚束成像時(shí)間范圍的具體方式如下：設(shè)觀測(cè)場(chǎng)景的距離向?qū)挾葹閃，方位向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，場(chǎng)景中心在ECF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為(Xc，Yc，Zc)，地心在ECF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為(Xo，Yo，Zo)。經(jīng)過做垂直于軌道面Δorbit的直線，并與軌道面交于點(diǎn)，利用以及就可確定出經(jīng)過且與軌道面垂直的平面ΔPscene,cOearthPproj。平面ΔPscene,cOearthPproj與衛(wèi)星軌道將有兩個(gè)交點(diǎn)，其中與距離較近的一個(gè)點(diǎn)為則即為整個(gè)滑動(dòng)聚束成像中心時(shí)刻Tc衛(wèi)星平臺(tái)所在位置，其滿足約束條件(P→scene,c-P→sat,c)·V→sat,c=0]]>即與場(chǎng)景中心的聯(lián)接矢量與該位置衛(wèi)星平臺(tái)的速度矢量恰好垂直。基于與的位置，可得出天線波束正側(cè)視時(shí)衛(wèi)星平臺(tái)與場(chǎng)景中心之間的距離再進(jìn)一步通過余弦定理，可得出場(chǎng)景中心位置所對(duì)應(yīng)的地心角βc為βc=acos[(Re+H)2+Re2-Rc22(Re+H)Re]]]>其中Re為地球半徑，H為衛(wèi)星軌道高度。由地球半徑Re及場(chǎng)景中心的地心角βc可得出場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)地距Gc為Gc＝Re·βc根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景的幅寬W，以及場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)地距Gc，可確定出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的星下點(diǎn)地距Gn與Gf分別為Gn=Gc-W2]]>Gf=Gc+W2]]>進(jìn)一步利用Gn與Gf可得出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的地心角βn與βf分別為βn=GnRe]]>βf=GfRe]]>基于星載SAR對(duì)場(chǎng)景成像時(shí)的星地幾何關(guān)系，通過βn與βf、地球半徑Re、以及衛(wèi)星軌道高度H，可利用余弦定理得出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的正側(cè)視斜距Rn與Rf分別為Rn=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βn)]]>Rf=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βf)]]>以及條帶成像模式下測(cè)繪帶近端及遠(yuǎn)端位置的波束地面行進(jìn)速度Vgn與Vgf分別為Vgn=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βn)]]>Vgf=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βf)]]>將衛(wèi)星軌道的曲線模型轉(zhuǎn)換為直線模型，則測(cè)繪帶近端與遠(yuǎn)端位置所對(duì)應(yīng)的等效速度Ven與Vef分別為Ven=|V→sat,c|·Vgn]]>Vef=|V→sat,c|·Vgf]]>由測(cè)繪帶遠(yuǎn)端正側(cè)視斜距Rf、天線方位向波束寬度θaz、條帶模式下的遠(yuǎn)端等效速度Vef、滑動(dòng)聚束模式所需達(dá)到的方位向分辨率ρa(bǔ)_slip、以及系統(tǒng)工作波長(zhǎng)λ可得出滑動(dòng)聚束模式的合成孔徑時(shí)間Tsyn為Tsyn=λ·Rf2Vef·ρa_slip]]>以及天線波束足跡在遠(yuǎn)端位置的方位向覆蓋寬度La為L(zhǎng)a＝Rf·θaz通過滑動(dòng)聚束模式下的合成孔徑時(shí)間Tsyn以及波束足跡在遠(yuǎn)端的覆蓋寬度La，就可得出滑動(dòng)聚束模式下的波束地面足跡行進(jìn)速度Vslip為Vslip=LaTsyn]]>再結(jié)合場(chǎng)景的方位向長(zhǎng)度L，就可得出滑動(dòng)聚束模式成像總時(shí)間Tacq為Tacq=LVslip+Tsyn]]>通過整個(gè)滑動(dòng)聚束成像期間的中心時(shí)刻Tc以及成像總時(shí)間Tacq，可得出滑動(dòng)聚束成像的起始時(shí)刻Tstart與終止時(shí)刻Tend分別為Tstart=Tc-Tacq2]]>Tend=Tc+Tacq2]]>由起始時(shí)刻Tstart與終止時(shí)刻Tend即確定了滑動(dòng)聚束成像時(shí)間范圍[Tstart,Tend]。步驟(2)中確定整個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的具體方式如下：由條帶模式下測(cè)繪帶近端的波束行進(jìn)速度Vgn、衛(wèi)星平臺(tái)飛行速度以及天線的方位向波束寬度θaz，可得出在條帶模式下測(cè)繪帶近端所能達(dá)到的方位向分辨率ρa(bǔ)_strip為ρa_strip=Vgn2|V→sat,c|θaz/λ]]>通過條帶模式下的方位向分辨率ρa(bǔ)_strip、以及滑動(dòng)聚束模式下最終實(shí)現(xiàn)的方位向分辨率ρa(bǔ)_slip，可得出滑動(dòng)聚束模式的方位向分辨率改善因子AA=ρa_slipρa_strip]]>再利用場(chǎng)景近端正側(cè)視斜距Rn，即可得出滑動(dòng)聚束模式旋轉(zhuǎn)中心的正側(cè)視斜距Rrot為Rrot=Rn1-A]]>最后，利用滑動(dòng)聚束成像中心時(shí)刻Tc的衛(wèi)星平臺(tái)位置衛(wèi)星與場(chǎng)景中心的聯(lián)接矢量以及Rrot就可得出相應(yīng)的位置坐標(biāo)：O→rot=P→sat,c+(P→scene,c-P→sat,c)|P→scene,c-P→sat,c|Rrot]]>步驟(3)中確定出機(jī)動(dòng)期間衛(wèi)星平臺(tái)的三軸指向單位矢量的具體方式如下：針對(duì)步驟1中所得出的滑動(dòng)聚束成像時(shí)間范圍[Tstart,Tend]，按照一定的時(shí)間單元ΔT來對(duì)其進(jìn)行劃分。在每一時(shí)刻t，衛(wèi)星平臺(tái)所在位置可由滑動(dòng)聚束成像中心時(shí)刻Tc的平臺(tái)位置t時(shí)刻與Tc時(shí)刻的時(shí)間間隔、以及衛(wèi)星平臺(tái)速度矢量所共同確定：P→sat(t)=P→sat,c+∫Tct-TcV→satdt]]>其中t∈[T本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，其特征在于步驟如下：(1)根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景位置以及衛(wèi)星平臺(tái)軌道信息，確定出整個(gè)滑動(dòng)聚束成像的時(shí)間范圍，即衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍；(2)利用SAR天線參數(shù)、分辨率指標(biāo)、以及場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)視角，確定出整個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)；(3)根據(jù)步驟(2)的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)以及步驟(1)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍，確定出機(jī)動(dòng)期間衛(wèi)星平臺(tái)的三軸指向單位矢量，從而得到整個(gè)滑動(dòng)聚束成像期間衛(wèi)星平臺(tái)精確的姿態(tài)機(jī)動(dòng)方式。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，其特征在于步驟如下：(1)根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景位置以及衛(wèi)星平臺(tái)軌道信息，確定出整個(gè)滑動(dòng)聚束成像的時(shí)間范圍，即衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍；(2)利用SAR天線參數(shù)、分辨率指標(biāo)、以及場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)視角，確定出整個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)期間的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)；(3)根據(jù)步驟(2)的中心旋轉(zhuǎn)點(diǎn)以及步驟(1)衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍，確定出機(jī)動(dòng)期間衛(wèi)星平臺(tái)的三軸指向單位矢量，從而得到整個(gè)滑動(dòng)聚束成像期間衛(wèi)星平臺(tái)精確的姿態(tài)機(jī)動(dòng)方式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)星載SAR超高分辨率滑動(dòng)聚束模式的衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)方法，其特征在于：所述根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景位置以及衛(wèi)星平臺(tái)軌道信息，確定出整個(gè)滑動(dòng)聚束成像的時(shí)間范圍[Tstart,Tend]，即衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)機(jī)動(dòng)的時(shí)間范圍，步驟如下：設(shè)觀測(cè)場(chǎng)景的距離向?qū)挾葹閃，方位向長(zhǎng)度為L(zhǎng)，場(chǎng)景中心在ECF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為(Xc，Yc，Zc)，地心在ECF坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)為(Xo，Yo，Zo)，經(jīng)過場(chǎng)景中心點(diǎn)做垂直于軌道面Δorbit的直線，并與軌道面交于點(diǎn)，利用以及確定出經(jīng)過且與軌道面垂直的平面ΔPscene,cOearthPproj；平面ΔPscene,cOearthPproj與衛(wèi)星軌道將有兩個(gè)交點(diǎn)，其中與距離較近的一個(gè)點(diǎn)為則即為整個(gè)滑動(dòng)聚束成像中心時(shí)刻Tc衛(wèi)星平臺(tái)所在位置，其滿足約束條件(P→scene,c-P→sat,c)·V→sat,c=0---(1)]]>即與場(chǎng)景中心的聯(lián)接矢量與該位置衛(wèi)星平臺(tái)的速度矢量恰好垂直，式中為衛(wèi)星平臺(tái)的速度矢量；根據(jù)與的位置，得出天線波束正側(cè)視時(shí)衛(wèi)星平臺(tái)與場(chǎng)景中心之間的距離再通過余弦定理，得出場(chǎng)景中心位置所對(duì)應(yīng)的地心角βc為βc=acos[(Re+H)2+Re2-Rc22(Re+H)Re]---(2)]]>式中，Re為地球半徑，H為衛(wèi)星軌道高度，由地球半徑Re及場(chǎng)景中心的地心角βc，得出場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)地距Gc為Gc＝Re·βc(3)根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)景的幅寬W，以及場(chǎng)景中心的星下點(diǎn)地距Gc，確定出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的星下點(diǎn)地距Gn與Gf分別為Gn=Gc-W2---(4)]]>Gf=Gc+W2---(5)]]>利用Gn與Gf，得出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的地心角βn與βf分別為βn=GnRe---(6)]]>βf=GfRe---(7)]]>基于星載SAR對(duì)場(chǎng)景成像時(shí)的星地幾何關(guān)系，通過βn與βf、地球半徑Re、以及衛(wèi)星軌道高度H，利用余弦定理得出場(chǎng)景近端與遠(yuǎn)端的正側(cè)視斜距Rn與Rf分別為Rn=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βn)---(8.1)]]>Rf=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βf)---(8.2)]]>以及條帶成像模式下測(cè)繪帶近端及遠(yuǎn)端位置的波束地面行進(jìn)速度Vgn與Vgf分別為Vgn=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βn)---(9.1)]]>Vgf=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βf)---(9.2)]]>將衛(wèi)星軌道的曲線模型轉(zhuǎn)換為直線模型，則測(cè)繪帶近端與遠(yuǎn)端位置所對(duì)應(yīng)的等效速度Ven與Vef分別為Ven=|V→sat,c|·Vgn---(10.1)]]>Vef=|V→sat,c|·Vgf---(10.2)]]>由測(cè)繪帶遠(yuǎn)端正側(cè)視斜距Rf、天線方位向波束寬度θaz、條帶模式下的遠(yuǎn)端等效速度Vef、滑動(dòng)聚束模式所需達(dá)到的方位向分辨率ρa(bǔ)_slip、以及系統(tǒng)工作波長(zhǎng)λ，得出滑動(dòng)聚束模式的合成孔徑時(shí)間Tsyn為Tsyn=λ·Rc2Vef·ρa_slip---(11)]]>以及天線波束足跡在遠(yuǎn)端位置的方位向覆蓋寬度La為L(zhǎng)a＝Rf·θaz(12)通過滑動(dòng)聚束模式下的合...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李立，馮帆，賀榮榮，高陽，楊娟娟，金阿鑫，孫嘉，張選民，黨紅杏，譚小敏，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安空間無線電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61