[发明专利]地球同步轨道圆轨迹合成孔径雷达三维微波成像方法

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达微波成像技术，涉及在轨的星载合成孔径雷达三维微波成像方法。

背景技术

与其他遥感手段相比，合成孔径雷达(SAR)微波成像技术具有分辨率高、全天时、全天候的优势，因此成为对地观测的重要工具。要实现对地大面积观测就必须用星载SAR。但是目前的星载SAR技术在测绘带范围、对目标长时间高重复观测、获取三维信息方面都存在相当的不足，严重限制了SAR在军事和民用方面的应用。

目前在轨的SAR卫星都是低轨卫星。对于一个固定区域，低轨卫星过顶时间很短，被SAR观测的时间往往不超过1分钟，而重访周期非常长，达十几天甚至几十天，这对于长时间高重复观测目标极为不利。

低轨卫星相对地球的运动速度非常快，一般在7000米/秒以上，而SAR的基本原理决定了SAR每走过一个分辨单元的距离至少要发射一次脉冲，这样SAR的脉冲重复频率就非常高，通常在1500Hz以上。而对于常规条带SAR来说，为了避免距离向模糊，整个距离向测绘带的回波要在两个脉冲之间接收完毕，因此SAR的距离向测绘宽度就很有限，在中等分辨率情况下距离向测绘带宽度大约是100km量级。

目前在轨的星载SAR都不具有实时获取高分辨率高程信息的能力，这会减少目标的信息量，难以估算目标的体积和吨位。有些研究人员采用重轨干涉SAR卫星来获取地物高程信息，但是卫星重轨的周期长达十几天甚至几十天，只能获取常年不变或缓变目标的高程信息，往往只能应用在监测地形缓变等有限应用中，且精度非常低。目前较成熟的获取高程信息的技术是交轨干涉SAR(CrossTrack Interference SAR)技术，机载的交轨干涉SAR技术已经比较成熟，但要在卫星上实现干涉SAR需要长达几十米的基线，这对卫星技术无疑是一个巨大的挑战，目前只有美国曾经在航天飞机上实现了长基线的干涉SAR(2000年SRTM)。另外，干涉SAR技术存在高程相位模糊问题，只适用于山区等地形缓变的区域，不适用于城市、军事基地等地物目标复杂陡变的区域。

如何对地进行大面积定点连续监测、获取地物高程信息是近年来SAR研究领域的热点问题，国内外许多学者提出了诸如多波束宽测绘带SAR，低轨星载SAR编队等方法和方案，然而这些方法在对目标区域的时间覆盖度和实时响应能力上依然不尽如人意。

发明内容

现有星载SAR微波遥感技术存在观测区域面积小、重访周期长、难以获取高分辨三维信息，且高程信息存在相位模糊，不能适用于城市、军事基地等地物目标复杂陡变的区域等问题，本发明的目的是对地进行大面积定点连续监测、获取地物高分辨率三维信息，为此，本发明提出一种基于地球同步轨道圆轨迹合成孔径雷达(Circular SAR以下简称CSAR)的大面积三维微波成像方法。

为了实现本发明的目的，本发明提供的地球同步轨道圆轨迹合成孔径雷达大面积三维微波成像方法，步骤包括：

步骤1：设计地球同步轨道参数，使合成孔径雷达卫星平台在目标区域上空围绕目标区域做环形航迹飞行；

步骤2：采用圆轨迹合成孔径雷达CSAR模式，使天线波束始终照射目标区域，对地物目标实现大面积定点连续观测，获取地物目标的高分辨率三维成像信息。

根据本发明的实施例，所述卫星的航迹在XOY平面投影为圆，轨道的半长轴a、偏心率e、近地点幅角ω、倾角i必须满足：

a≈42164.2km，i＝2e，ω＝0.5π或者1.5π

根据本发明的实施例，所述地球同步轨道CSAR系统在XOY平面的分辨率δ_r为：

δr≈4.8λ(a-XA0z)8πae]]>

其中：目标区域中心在Z轴的坐标X_A0z、电磁波长λ、轨道的半长轴a、偏心率e。