一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法技术

本发明专利技术一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，首先根据观测场景位置以及卫星平台轨道信息确定出整个滑动聚束成像的时间起止范围，这也是卫星平台姿态机动的时间范围；其次利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心所在的星下点视角确定出整个姿态机动期间的中心旋转点；最后根据旋转中心点位置以及平台姿态机动时间范围，确定出机动期间卫星平台的三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机动方式，以保证卫星平台姿态机动方式达到相应的成像指标、以及最终所需的星载SAR图像效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，属于空间微波遥感

技术介绍
为满足对星载SAR系统日益提升的侦察需求，需利用超带宽发射信号结合超大转动角滑动聚束模式分别实现距离向与方位向上的超高分辨率来满足。若利用相位电扫描的方式来实现超宽带大转角波束扫描，则需要数目巨大的TR模块、馈电网络以及热控网络等，以保证天线波束扫描期间的电性能。然而，这些TR单元及网络将极大地增加整星的重量、功耗以及研制成本，加大了工程实现难度。此外，利用相位电扫描方式将到天线波束扫描到较大角度时，其峰值增益将出现较大程度的衰减。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法。该方法通过卫星平台的机动来实现天线波束在方位向上的大角度扫描，一方面无需增加系统复杂度及重量功耗等，另一方面是在扫描过程中天线增益能够始终保持其最大值而不会衰减，因此能够保证在各角度下观测的图像信噪比。本专利技术解决的技术方案为：一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，包括步骤如下：(1)根据观测场景位置以及卫星平台轨道信息，确定出整个滑动聚束成像的时间范围，即卫星平台姿态机动的时间范围；(2)利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心的星下点视角，确定出整个卫星平台姿态机动期间的中心旋转点；(3)根据步骤(2)的中心旋转点以及步骤(1)的机动的时间范围，确定出机动期间卫星平台的三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机动方式。步骤(1)中确定整个滑动聚束成像时间范围的具体方式如下：设观测场景的距离向宽度为W，方位向长度为L，场景中心在ECF坐标系下的三维坐标为(Xc，Yc，Zc)，地心在ECF坐标系下的三维坐标为(Xo，Yo，Zo)。经过做垂直于轨道面Δorbit的直线，并与轨道面交于点，利用以及就可确定出经过且与轨道面垂直的平面ΔPscene,cOearthPproj。平面ΔPscene,cOearthPproj与卫星轨道将有两个交点，其中与距离较近的一个点为则即为整个滑动聚束成像中心时刻Tc卫星平台所在位置，其满足约束条件(P→scene,c-P→sat,c)·V→sat,c=0]]>即与场景中心的联接矢量与该位置卫星平台的速度矢量恰好垂直。基于与的位置，可得出天线波束正侧视时卫星平台与场景中心之间的距离再进一步通过余弦定理，可得出场景中心位置所对应的地心角βc为βc=acos[(Re+H)2+Re2-Rc22(Re+H)Re]]]>其中Re为地球半径，H为卫星轨道高度。由地球半径Re及场景中心的地心角βc可得出场景中心的星下点地距Gc为Gc＝Re·βc根据观测场景的幅宽W，以及场景中心的星下点地距Gc，可确定出场景近端与远端的星下点地距Gn与Gf分别为Gn=Gc-W2]]>Gf=Gc+W2]]>进一步利用Gn与Gf可得出场景近端与远端的地心角βn与βf分别为βn=GnRe]]>βf=GfRe]]>基于星载SAR对场景成像时的星地几何关系，通过βn与βf、地球半径Re、以及卫星轨道高度H，可利用余弦定理得出场景近端与远端的正侧视斜距Rn与Rf分别为Rn=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βn)]]>Rf=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βf)]]>以及条带成像模式下测绘带近端及远端位置的波束地面行进速度Vgn与Vgf分别为Vgn=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βn)]]>Vgf=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βf)]]>将卫星轨道的曲线模型转换为直线模型，则测绘带近端与远端位置所对应的等效速度Ven与Vef分别为Ven=|V→sat,c|·Vgn]]>Vef=|V→sat,c|·Vgf]]>由测绘带远端正侧视斜距Rf、天线方位向波束宽度θaz、条带模式下的远端等效速度Vef、滑动聚束模式所需达到的方位向分辨率ρa_slip、以及系统工作波长λ可得出滑动聚束模式的合成孔径时间Tsyn为Tsyn=λ·Rf2Vef·ρa_slip]]>以及天线波束足迹在远端位置的方位向覆盖宽度La为La＝Rf·θaz通过滑动聚束模式下的合成孔径时间Tsyn以及波束足迹在远端的覆盖宽度La，就可得出滑动聚束模式下的波束地面足迹行进速度Vslip为Vslip=LaTsyn]]>再结合场景的方位向长度L，就可得出滑动聚束模式成像总时间Tacq为Tacq=LVslip+Tsyn]]>通过整个滑动聚束成像期间的中心时刻Tc以及成像总时间Tacq，可得出滑动聚束成像的起始时刻Tstart与终止时刻Tend分别为Tstart=Tc-Tacq2]]>Tend=Tc+Tacq2]]>由起始时刻Tstart与终止时刻Tend即确定了滑动聚束成像时间范围[Tstart,Tend]。步骤(2)中确定整个卫星平台姿态机动期间中心旋转点的具体方式如下：由条带模式下测绘带近端的波束行进速度Vgn、卫星平台飞行速度以及天线的方位向波束宽度θaz，可得出在条带模式下测绘带近端所能达到的方位向分辨率ρa_strip为ρa_strip=Vgn2|V→sat,c|θaz/λ]]>通过条带模式下的方位向分辨率ρa_strip、以及滑动聚束模式下最终实现的方位向分辨率ρa_slip，可得出滑动聚束模式的方位向分辨率改善因子AA=ρa_slipρa_strip]]>再利用场景近端正侧视斜距Rn，即可得出滑动聚束模式旋转中心的正侧视斜距Rrot为Rrot=Rn1-A]]>最后，利用滑动聚束成像中心时刻Tc的卫星平台位置卫星与场景中心的联接矢量以及Rrot就可得出相应的位置坐标：O→rot=P→sat,c+(P→scene,c-P→sat,c)|P→scene,c-P→sat,c|Rrot]]>步骤(3)中确定出机动期间卫星平台的三轴指向单位矢量的具体方式如下：针对步骤1中所得出的滑动聚束成像时间范围[Tstart,Tend]，按照一定的时间单元ΔT来对其进行划分。在每一时刻t，卫星平台所在位置可由滑动聚束成像中心时刻Tc的平台位置t时刻与Tc时刻的时间间隔、以及卫星平台速度矢量所共同确定：P→sat(t)=P→sat,c+∫Tct-TcV→satdt]]>其中t∈[T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，其特征在于步骤如下：(1)根据观测场景位置以及卫星平台轨道信息，确定出整个滑动聚束成像的时间范围，即卫星平台姿态机动的时间范围；(2)利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心的星下点视角，确定出整个卫星平台姿态机动期间的中心旋转点；(3)根据步骤(2)的中心旋转点以及步骤(1)卫星平台姿态机动的时间范围，确定出机动期间卫星平台的三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机动方式。

【技术特征摘要】
1.一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，其特征在于步骤如下：(1)根据观测场景位置以及卫星平台轨道信息，确定出整个滑动聚束成像的时间范围，即卫星平台姿态机动的时间范围；(2)利用SAR天线参数、分辨率指标、以及场景中心的星下点视角，确定出整个卫星平台姿态机动期间的中心旋转点；(3)根据步骤(2)的中心旋转点以及步骤(1)卫星平台姿态机动的时间范围，确定出机动期间卫星平台的三轴指向单位矢量，从而得到整个滑动聚束成像期间卫星平台精确的姿态机动方式。2.根据权利要求1所述的一种实现星载SAR超高分辨率滑动聚束模式的卫星平台姿态机动方法，其特征在于：所述根据观测场景位置以及卫星平台轨道信息，确定出整个滑动聚束成像的时间范围[Tstart,Tend]，即卫星平台姿态机动的时间范围，步骤如下：设观测场景的距离向宽度为W，方位向长度为L，场景中心在ECF坐标系下的三维坐标为(Xc，Yc，Zc)，地心在ECF坐标系下的三维坐标为(Xo，Yo，Zo)，经过场景中心点做垂直于轨道面Δorbit的直线，并与轨道面交于点，利用以及确定出经过且与轨道面垂直的平面ΔPscene,cOearthPproj；平面ΔPscene,cOearthPproj与卫星轨道将有两个交点，其中与距离较近的一个点为则即为整个滑动聚束成像中心时刻Tc卫星平台所在位置，其满足约束条件(P→scene,c-P→sat,c)·V→sat,c=0---(1)]]>即与场景中心的联接矢量与该位置卫星平台的速度矢量恰好垂直，式中为卫星平台的速度矢量；根据与的位置，得出天线波束正侧视时卫星平台与场景中心之间的距离再通过余弦定理，得出场景中心位置所对应的地心角βc为βc=acos[(Re+H)2+Re2-Rc22(Re+H)Re]---(2)]]>式中，Re为地球半径，H为卫星轨道高度，由地球半径Re及场景中心的地心角βc，得出场景中心的星下点地距Gc为Gc＝Re·βc(3)根据观测场景的幅宽W，以及场景中心的星下点地距Gc，确定出场景近端与远端的星下点地距Gn与Gf分别为Gn=Gc-W2---(4)]]>Gf=Gc+W2---(5)]]>利用Gn与Gf，得出场景近端与远端的地心角βn与βf分别为βn=GnRe---(6)]]>βf=GfRe---(7)]]>基于星载SAR对场景成像时的星地几何关系，通过βn与βf、地球半径Re、以及卫星轨道高度H，利用余弦定理得出场景近端与远端的正侧视斜距Rn与Rf分别为Rn=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βn)---(8.1)]]>Rf=(Re+H)2+Re2-2(Re+H)Recos(βf)---(8.2)]]>以及条带成像模式下测绘带近端及远端位置的波束地面行进速度Vgn与Vgf分别为Vgn=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βn)---(9.1)]]>Vgf=|V→sat,c|·ReRe+H·cos(βf)---(9.2)]]>将卫星轨道的曲线模型转换为直线模型，则测绘带近端与远端位置所对应的等效速度Ven与Vef分别为Ven=|V→sat,c|·Vgn---(10.1)]]>Vef=|V→sat,c|·Vgf---(10.2)]]>由测绘带远端正侧视斜距Rf、天线方位向波束宽度θaz、条带模式下的远端等效速度Vef、滑动聚束模式所需达到的方位向分辨率ρa_slip、以及系统工作波长λ，得出滑动聚束模式的合成孔径时间Tsyn为Tsyn=λ·Rc2Vef·ρa_slip---(11)]]>以及天线波束足迹在远端位置的方位向覆盖宽度La为La＝Rf·θaz(12)通过滑动聚束模式下的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立，冯帆，贺荣荣，高阳，杨娟娟，金阿鑫，孙嘉，张选民，党红杏，谭小敏，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61