[发明专利]采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达技术领域，特别涉及一种采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)是一种对地成像遥感观测的重要手段，因具有“全天时、全天候”的特点、所以不受气象条件和夜晚的影响，从而得到了广泛的应用。圆迹SAR利用雷达平台与被观测目标之间的相对运动，可以实现对目标的360°全方位观测，具有分辨率高和三维成像等多种优点。目前，圆迹SAR常采用飞机或临近空间飞艇作为雷达平台，通过飞机或飞艇对地面目标的圆周运动实现圆迹成像。在星载SAR方面，常见的成像卫星的轨道较低，无法形成雷达与目标之间的360°相对运动，目前尚无在轨运行的星载圆迹SAR系统。发明专利名称为“地球同步轨道圆迹合成孔径雷达三维微波成像方法(专利号ZL200710176924.7)”的专利提出了以地球同步轨道卫星为平台的星载圆迹SAR成像技术，利用地球同步卫星轨道高、且公转与地球自转周期相同的特点，通过将卫星轨道设计成圆形星下点轨迹，实现了星载圆迹SAR的成像工作模式。

但是，上述地球同步轨道星载圆迹SAR成像技术存在以下几个主要的缺点：

第一、具有圆形星下点轨迹的地球同步卫星，在环绕地球一周的同时也从目标上空环绕目标相对运动了一个圆周。此时，SAR圆迹成像主要利用了卫星的轨道运动，且要求卫星轨道的倾角弧度在数值上始终保持为偏心率的2倍。这一要求对卫星的轨道保持提出了特殊要求，这些要求通常很难实现，或需要付出很高的轨道保持的代价。

第二、为形成地面圆形星下点轨迹，卫星轨道需要较大的偏心率参数。虽然卫星在地面的星下点投影轨迹为圆形，但卫星在空间上绕地球运行的轨道是椭圆形。偏心率越大，卫星的空间轨道的形状越偏离圆形，而更接近椭圆形。卫星沿椭圆轨道运行时，卫星轨道的高度和卫星相对于目标的运动速度都会发生剧烈变化，这些都增加了成像处理难度。

第三、为了实现星载圆迹SAR对目标的成像，需要卫星绕地球运行一个完整的周期，这使得圆迹SAR成像的周期长达24小时，因而降低了信息获取的时效性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提出了一种新的采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法，降低了卫星沿轨运动时速度和高度的剧烈变化程度，减小了成像的处理难度，缩短了成像周期，同时不对卫星的轨道保持提出特殊性的要求。

(二)技术方案

为了实现本发明的目的，本发明提供的采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法，包括以下步骤：

第一步，根据被观测成像的地面目标的位置，选定具有零偏心率、星下点轨迹为“8字形”的地球同步卫星作为圆迹SAR的雷达平台；

第二步，设计轨道参数，使星下点轨迹的某个半“8字形”覆盖地面预定被观测成像的目标区域；

第三步，以SAR天线波束中心线与星下点方向的夹角为距离指向角，以天线波束中心线与卫星轨道运动方向的夹角为方位指向角，假定SAR天线波束始终指向目标，并以波束距离指向角和波束方位指向角表示波束指向，计算出距离指向角和方位指向角随时间的变化规律；

第四步，根据所述计算出的距离指向角和方位指向角随时间的变化规律，在圆迹SAR成像的观测周期之内采取步进法进行二维天线波束指向控制。

(三)有益效果

本发明通过采用轨道偏心率为零的地球同步卫星作为雷达平台，提出了一种新的采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法。与已有的星载圆迹SAR成像方法相比较，本发明所取得的有益效果为：

1、由于偏心率为零的地球同步卫星在空中绕地球运行的轨道为圆轨道，所以卫星距地面的高度变化小，同时卫星沿圆轨道运行的速度相等，更有利于SAR成像的处理。

2、本发明采用波束控制的方式，从而可以在圆轨道地球同步卫星星下点轨迹的半个“8字形”时段内完成整个圆迹周期的成像，将圆迹成像时间减小到12小时。

3、本发明采用二维波束控制实现星载圆迹SAR成像，不再要求卫星轨道倾角的弧度在数值上为偏心率的2倍，因而无需对卫星轨道的保持提出特殊要求，降低了卫星轨道保持的难度。

附图说明

图1为本发明一实施例的采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像的观测示意图；

图2为本发明一实施例的采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像的天线波束指向角的示意图；