[发明专利]基于敏捷合成孔径雷达卫星姿态机动的马赛克模式实现方法

说明书

本发明提供了一种基于敏捷合成孔径雷达卫星姿态机动的马赛克模式实现方法，包括：计算实现马赛克模式成像所需的总体参数；对马赛克模式成像的图像的中间子成像块的参数进行计算；基于中间子成像模块，逐渐增加子成像块并对其参数进行计算，直至获得的图像的方位向成像范围满足需求。因此，本发明充分考虑精确的轨道和地球模型，根据马赛克模式需求性能指标和成像几何设计敏捷SAR卫星的瞄准点和工作时序，通过整星的横滚和俯仰机动得到成像所需的波束指向，通过整星的偏航机动控制雷达波束地面足印方向，通过电扫描实现距离向波束快速切换。保证了马赛克模式不同子成像块之间的无缝拼接，提供了一种经济、高效的实现途径。

技术领域

本发明涉及一种基于敏捷合成孔径雷达(以下简称为SAR)卫星姿态机动的马赛克模式实现方法，尤其适用于采用集中馈电的反射面体制敏捷SAR卫星实现马赛克模式。

背景技术

马赛克模式是一种新兴的SAR工作体制，它距离向通过天线波束在不同子测绘带之间切换实现宽测绘带成像，方位向通过波束反向扫描实现高分辨率成像，它的工作原理如图1所示。马赛克模式结合了ScanSAR模式宽测绘带和聚束模式高分辨率的特点，所以马赛克模式也被称为聚束版的ScanSAR。敏捷SAR卫星依靠姿态控制系统控制卫星整体绕俯仰、横滚、偏航3个轴向摆动，实现马赛克模式成像所需的方位向波束扫描，而马赛克模式成像所需的距离向波束快速切换由天线系统有限的电扫描能力实现。

Ury Naftaly和Ronit Levy-Nathansohn在IEEE Geoscience and RemoteSensing Letters上发表了《Overview of the TECSAR satellite hardware and Mosaicmode》一文，对马赛克模式的原理进行了介绍，同时给出了马赛克模式子测绘带全分辨率图像连续的基本条件。刘光炎和孟喆在微波学报上发表了《合成孔径雷达Mosaic模式系统性能分析》一文，对马赛克模式的基本原理和频谱特性进行了一定的分析。韩晓磊、李世强等在宇航学报上发表的《基于敏捷卫星平台的星载SAR Mosaic模式研究》一文，对基于敏捷卫星平台的星载SAR马赛克模式系统设计方法和性能进行了分析。但上述分析均是在小扫描角基础上进行的，没有充分考虑精确的轨道和地球模型，并且未在马赛克模式的系统需求与卫星的姿态角之间建立直接的联系，更为重要的是完全没有考虑轨道弯曲和姿态机动造成的波束足印旋转对拼接的影响，不适用于需要大扫描范围的高分宽幅马赛克模式。

通过敏捷SAR卫星实现高性能指标的马赛克模式时，需要较长的成像时间，期间卫星的运动轨迹不能简化为直线，存在弯曲，导致波束地面足印发生旋转。此外，该模式还需要较大的整星姿态机动范围，同样导致波束地面足印发生大角度旋转。马赛克模式不同子测绘带之间的切换通过电扫描实现，而这种扫描一般仅能在波束地面足印方向进行(如图2所示)。这时波束地面足印的旋转导致子测绘带间切换仅能沿不同的倾斜方向进行，最终导致马赛克模式整体图像呈现倒梯形，且方位向存在间隙，不能实现无缝拼接(如图3所示)。

因此，需要在高精度卫星轨道和地球模型的基础上，充分考虑波束指向和地面足印的旋转问题，通过控制卫星的姿态使马赛克模式不同子成像块沿相同的方向排布和切换，实现马赛克模式成像区域无缝拼接，得到高分辨率宽测绘带星载SAR图像。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题以及克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于敏捷SAR卫星姿态机动的马赛克模式实现方法，该方法依靠敏捷SAR卫星姿态控制系统控制卫星整体绕俯仰、横滚、偏航3个轴向摆动，实现马赛克模式成像所需的方位向波束扫描，并依靠天线系统有限的电扫描能力实现马赛克模式成像所需的距离向波束快速切换。该方法充分考虑精确的轨道和地球模型，根据马赛克模式需求性能指标和成像几何设计敏捷SAR卫星的瞄准点和工作时序，通过整星的横滚和俯仰机动得到成像所需的波束指向，通过整星的偏航机动控制雷达波束地面足印方向，通过电扫描实现距离向波束快速切换。保证了马赛克模式不同子成像块之间的无缝拼接，为基于卫星平台姿态机动实现高分辨率宽测绘带星载SAR马赛克模式成像提供一种经济、高效的实现途径。