星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109521424A(43)申请公布日2019.03.26(21)申请号201811568110.2(22)申请日2018.12.21(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市雁塔区太白南路2号(72)发明人李真芳郑成鑫楼嘉晗周超伟(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人程晓霞王品华(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)权利要求书2页说明书13页附图6页(54)发明名称星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法(57)摘要本发明公开了一种星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法，解决了星载滑动聚束SAR照射场景弯曲、方位分辨率空变明显和回波落在盲区中的问题。实现步骤为：计算初始数据获取时长；根据波束指向和约束多普勒中心频率距离空变最小，确定卫星姿态角；确定最终数据获取时长；将数据获取时长划分为多个burst，每个burst采用不同的PRF，完成PRF序列设计。本发明增加对横滚角的控制，避免照射场景弯曲；聚焦中心位置变化，方位分辨率空变小；PRF变化，避免回波落于盲区。本发明照射场景不弯曲、方位分辨率空变小、回波能够全部落在接收窗中。用于星载滑动聚束SAR系统参数设计，达到照射场景不弯曲和获取完整回波的目的。CN109521424ACN109521424A权利要求书1/2页1.一种星载滑动聚束SAR卫星姿态机动策略和PRF序列设计方法，其特征在于，进行三轴姿态机动控制波束指向，将总的数据获取时长分为Nb个burst，Nb表示burst的总个数，每个burst采用不同的脉冲重复频率，使回波能够全部落在接收窗中，包括有以下步骤：步骤1，计算初始数据获取时长Ton：构建以Orot为聚焦中心的滑动聚束几何模型，并根据SAR正侧视条带模式的方位分辨率ρstrip和滑动聚束模式的方位分辨率ρspot确定滑动因子α，根据滑动聚束SAR几何模型和滑动因子α求出聚焦中心Orot的初始位置，根据卫星飞行距离与波束足迹在地面滑动速度的比值求出初始数据获取时长Ton，此时求得的数据获取时长Ton是个近似值，需要进行迭代求其精确值；步骤2，确定卫星姿态角：利用ZB轴指向与波束指向平行的关系求解ZB轴指向，通过约束多普勒中心频率距离向空变最小求解YB轴指向，确定了卫星本体坐标系三轴指向后利用换算关系即可求出卫星姿态角，最终实现了卫星姿态机动策略；步骤3，确定最终数据获取时长：根据数据获取时长Ton和卫星姿态角求出的观测场景方位向宽度与期望值的差，进而得到数据获取时间增量ΔTon，利用ΔTon迭代更新数据获取时长Ton，并更新聚焦中心位置，重复步骤1到步骤3进行迭代计算直到ΔTon小于迭代门限，求出最终数据获取时长；步骤4，设计脉冲重复频率序列：根据卫星姿态角定位出每个数据获取时刻波束照射区域的最近点和最远点，得到回波的距离徙动量，根据距离徙动量将整个数据获取时长划分为Nb个burst，通过斑马图得到每个burst的脉冲重复频率，实现PRF序列设计。2.如权利要求1所述的星载滑动聚束SAR卫星姿态机动策略和PRF序列设计方法，其特征在于，步骤2中所述的确定卫星姿态角，其子步骤为：2a)确定卫星本体坐标系坐标轴指向，卫星本体坐标系为笛卡尔直角坐标系，坐标轴之间符合右手定则：2a.1)求卫星本体坐标系中ZB轴的单位矢量ez(t)：根据卫星本体坐标系中ZB轴指向与波束指向矢量平行，求ZB轴的单位矢量ez(t)；2a.2)求解卫星本体坐标系YB轴的单位矢量ey(t)：通过约束多普勒中心距离向空变最小求解卫星本体坐标系YB轴的单位矢量ey(t)，最理想情况是卫星当前时刻位置矢量RS、当前时刻波束覆盖区域近端点的位置矢量Tn和当前时刻波束覆盖区域远端点的位置矢量Tf对应点构成的平面P1位于波束中心所在的多普勒面P2内，但非零多普勒面是以卫星速度矢量为转轴的圆锥曲面，令P1与P2相切来近似多普勒中心频率的导数为零，即式中Pb(t)为t时刻波束中心矢量，VS(t)为t时刻卫星速度矢量；2a.3)求卫星本体坐标系XB轴的单位矢量ex(t)：求出ez(t)和ey(t)指向后，根据右手定则求卫星本体坐标系XB轴的单位矢量ex(t)；2b)提取卫星姿态角：确定了卫星本体坐标系坐标轴指向后，根据常规的换算关系即可求出卫星姿态角。3.如权利要求1所述的星载滑动聚束SAR卫星姿态机动策略和PRF序列设计方法，其特征在于，步骤3中所述的确定最终数据获取时长的方法为：2CN109521424A权利要求书2/2页根据卫星姿态角求出观测场景方位向宽度，该观测场景方位向宽度与期望值的差除以波束地面移动速度就是数据获取时间增量ΔTon，如果数据获取时间增量ΔTo