[发明专利]一种合成孔径雷达卫星的二维姿态控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种对雷达卫星姿态的控制系统。更特别地说，是指一种合成孔径雷达卫星的二维姿态控制系统。 

背景技术

合成孔径雷达卫星安装在运动平台上，按照一定的重复频率发射、接收脉冲，将在一段时间内接收的目标回波信号进行相干叠加，从而获得大孔径天线阵列的探测效果，实现高方位分辨率，同时采用脉冲压缩技术实现高距离分辨率。 

与真实孔径雷达卫星相比，合成孔径雷达卫星最大的特点在于：它利用雷达与目标间的相对运动产生多普勒频移效应，形成方位向频谱，通过匹配滤波，提高方位分辨率。因此，方位向频谱的特性对于合成孔径雷达卫星的性能是至关重要的。 

多普勒中心频率是方位向频谱的中心频率。由于地球自转，合成孔径雷达卫星不采用姿态控制技术时，回波信号中包含较大的多普勒中心频率，可达到一万赫兹以上，意味着合成孔径雷达卫星对地观测存在较大的斜视角，会对雷达卫星成像处理与图像应用带来不利的影响，主要体现在以下几个方面： 

1.距离徙动量加大，使得点目标响应在距离向弥散，距离向匹配滤波需要考虑距离频谱的三次项，进行二次距离压缩或采用更精确的成像处理算法，增加了算法的运算量与成像处理难度，降低了数据处理的效率； 

2.图像几何畸变程度增大，必须采取更加复杂的校正技术，保证雷达图像的相对位置精度和绝对位置精度，增加了图像后处理的负担； 

3.星载合成孔径雷达卫星干涉时难以得到足够的多普勒频谱重叠，降低干涉的精度； 

4.地球自转速度没有被完全被抵消，在多通道地面慢动目标检测过程中，杂波抑制水平很难得到提高。 

1986年，美国人Raney首先研究了合成孔径雷达卫星多普勒中心频率问题，并提出了一种卫星姿态控制技术，得到了广泛的应用。然而，该技术没有考虑卫星运行在椭圆轨道上的情况，只能在圆轨条件下取得最佳的效果。 

于泽等人在《Performance Improvement of the Spaceborne Three-Channel SAR-GMTI System：A Novel Satellite Attitude Steering Technique》中公开了一种用于地面慢动目标检测的多通道合成孔径雷达卫星二维姿态控制方法，该控制方法主要是基于两次俯仰控制、一次偏航控制。2006 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium Denver，July，2006：3167-3170。 

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于合成孔径雷达卫星的二维姿态控制系统。该系统在合成孔径雷达卫星运行于椭圆轨道的情况下，通过运用偏航-俯仰二维姿态控制技术来实现回波信号多普勒中心频率为零，有效地消弱了距离向和方位向的耦合程度，降低了成像处理的难度和运算量。 

本发明的一种合成孔径雷达卫星的二维姿态控制系统，包括有下列模块： 

一星历参数输出模块，用于对接收的轨道数据进行转化，分别输出第一轨迹参数f＝{a，e，i，ω}、第二轨迹参数f＝{e}和平近点角M； 

a表示轨道半长轴，e表示轨道偏心率，i表示轨道倾角，ω表示轨道近心点幅角； 

一卫星位置解析模块，该模块对接收的第二轨迹参数f＝{e}和平近点角M采用了开普勒方程的级数解方法进行解析获得真近心角度θ输出； 

一期望姿态确定模块，该模块对接收的第一轨迹参数f＝{a，e，i，ω}和真近心角度θ采用偏航-俯仰二维姿态模型进行解析获得合成孔径雷达卫星的偏航角ψ和俯仰角 最后依据偏航角ψ和俯仰角 的输出角度进行合成孔径雷达卫星的姿态控制； 

所述偏航-俯仰二维姿态模型中的偏航姿态模型为： 

式中，a表示轨道半长轴，ω_e表示地球自转角速度，i表示轨道倾角，θ表示真近心角，ω表示轨道近心点幅角，μ表示引力场常数，e表示轨道偏心率； 

所述偏航-俯仰二维姿态模型中的俯仰姿态模型为：