[发明专利]敏捷合成孔径雷达卫星聚束模式姿态机动需求计算方法

说明书

本发明提出了一种敏捷合成孔径雷达卫星聚束模式姿态机动需求计算方法，在聚束模式工作时包括：对雷达波束的地面瞄准点和成像时序进行规划；根据所规划的成像时序，对所述雷达波束的姿态机动需求信息进行粗算；将粗算获得的姿态机动需求信息作为初始信息进行精算以完成最终的姿态机动需求计算。因此，本发明考虑了雷达波束离轴角的影响，适用于包含任意离轴角的敏捷SAR卫星聚束模式姿态机动需求计算，也可应用于机械扫描和电扫描联合实现的SAR卫星聚束模式姿态机动需求计算，得到满足精度要求的需求姿态，能够适用于天线安装于星体任何位置的敏捷SAR卫星聚束模式姿态机动需求计算。

技术领域

本发明涉及一种敏捷合成孔径雷达(以下简称为SAR)卫星聚束模式姿态机动需求计算方法，尤其适用于天线相位中心偏离星本体，并采用集中馈电的反射面体制进行敏捷SAR卫星聚束模式姿态机动需求计算.

背景技术

聚束模式是一种常用的高分辨率星载SAR工作模式，通过雷达波束扫描使波束中心始终瞄准地面固定点，从而使成像区域始终处于雷达波束的照射之下，延长了合成孔径时间，实现了方位向高分辨率成像。敏捷SAR卫星有效载荷固定在卫星上，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SAR成像所需的波束扫描。敏捷SAR卫星具有较高的灵活性和成像能力，能高效地实现高分辨率聚束模式成像。

星载SAR与光学成像机理不同，例如，SAR需侧视成像、SAR天线具备波束扫描能力以及SAR对相位误差敏感等，导致光学遥感卫星中的姿态机动指标参数计算方法不适用于SAR卫星。上海航天控制技术研究所的汪礼成等人在2013年高分辨率对地观测学术年会上发表了《对地聚束成像SAR卫星姿态控制技术研究》一文，对聚束模式下SAR卫星的姿态跟踪机动规律进行了研究，但未考虑雷达天线相位中心偏离星本体坐标系原点，和雷达天线波束指向偏离星本体坐标系坐标轴的情况。题为“一种基于SAR卫星姿态控制实现滑动聚束模式的方法”的发明专利(北京航空航天大学，陈杰等，申请号为CN 103076607)提出了一种基于SAR卫星姿态控制实现滑动聚束模式的方法，但这种方法是针对滑动聚束模式而非聚束模式设计的，同时它也不能适应雷达天线相位中心偏离星本体坐标系原点，和雷达天线波束指向偏离星本体坐标系坐标轴的情况，不适用于高分辨率聚束模式敏捷SAR卫星。

因而，敏捷SAR卫星聚束模式分辨率高，对雷达波束指向的精度要求提高，需要在高精度卫星轨道和地球模型的基础上，充分考虑雷达天线相位中心偏离星本体坐标系原点，和雷达天线波束指向偏离星本体坐标系坐标轴的影响，设计精确的敏捷SAR卫星聚束模式姿态需求计算方案。

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迭代计算的敏捷SAR卫星聚束模式姿态机动指标参数计算方案，能适应SAR天线在星体上各种不同的安装位置，并充分考虑可能存在的波束离轴角，得到准确的敏捷SAR卫星聚束模式成像所需的姿态指标参数，为基于卫星平台姿态机动实现高分辨率星载SAR成像提供支撑.

本发明提供了一种敏捷合成孔径雷达卫星聚束模式姿态机动需求计算方法，包含以下三个主要步骤：瞄准点和时序规划、需求姿态角粗算和需求姿态角精算。

步骤1——瞄准点和时序规划

1.1)聚束模式工作时雷达波束中心始终瞄准地面待观测场景的几何中心，选择该几何中心作为地面瞄准点.

1.2)根据瞄准点坐标以及星历数据，寻找瞄准点回波多普勒中心为零的星历时刻，将其作为成像时序的中心。根据需求方位向分辨率和多普勒调频率计算完整的成像时间，并平均分布于时序中心两侧.

1.3)将地面瞄准点和地心坐标变换到轨道坐标系，为后续姿态角计算提供输入.

步骤2——需求姿态角粗算

2.1)根据天线相位中心和地面瞄准点在轨道系下的坐标，计算期望的波束中心指向向量；