[发明专利]一种可提供稳定长短基线的四星Helix编队构型

说明书

本发明公开了一种可提供稳定长短基线的四星Helix编队构型。使用本发明能够在一个轨道周期内提供稳定的垂直有效长基线和垂直有效短基线，从而可利用长短基线组合基线高精度干涉测高。本发明构型包括1颗主星和3颗辅星，主星轨道与各辅星轨道分别为满足Helix构型的双螺旋轨道；本发明构型在编队飞行过程中的任意时刻，主星都可以与其中一颗辅星之间形成最优垂直有效基线，满足最优基线取值范围指标，任意时刻都存在两颗辅星之间形成的有效长基线，从而在整个轨道周期内，任意时刻总是存在一组稳定的有效长基线和短基线，从而可利用长短基线组合基线高精度干涉测高。

技术领域

本发明涉及分布式SAR系统技术领域，具体涉及一种可提供稳定长短基线的四星Helix编队构型。

背景技术

传统的SAR卫星受平台限制，难以形成足够长的空间基线，只能以重复航迹的方式来获得干涉复图像，图像的相关性随时间的推移而大大降低；分布式卫星系统中的各卫星不需要物理上的联系，通过合理设计编队构型提供足够大的、灵活可变的基线，可同时获得同一地区的多幅相干复图像，保证了干涉处理的相关性。

德国空间中心(DLR)的TerraSAR-X/TanDEM-X双星编队干涉SAR系统是世界上第一个具备干涉能力的分布式SAR系统，两颗卫星以太阳同步近距离编队飞行，采用HELIX卫星运行方式，形成了一种两颗卫星沿轨道呈双螺旋状飞行的方式，由于卫星之间存在相对位移，能够形成垂直和平行轨道面的基线。但是，在双星轨道不调整的情况下，只存在一组有效垂直基线，且该有效垂直基线在一个轨道周期内并不能时刻存在，采用其完成全球高精度测绘任务，效率比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可提供稳定长短基线的四星Helix编队构型，能够在一个轨道周期内任意时刻均能提供稳定的垂直有效长基线和垂直有效短基线，从而在利用干涉数据反演地形过程中，利用长基线干涉图条纹密集的特点反映地形精细结构，利用短基线干涉图条纹稀疏的特点进行相位展开，采用长短基线组合满足高精度干涉测高的要求。

本发明的可提供稳定长短基线的四星Helix编队构型，以其中任意的一颗卫星为主星，其余三个卫星为辅星，主星轨道与各辅星轨道分别为满足Helix构型的双螺旋轨道；并且，任意时刻，主星都可以与其中一颗辅星之间形成满足最优基线取值范围的最优垂直有效基线，任意时刻，都存在两颗辅星之间形成的有效长基线，从而在整个轨道周期内，任意时刻总是存在一组稳定的有效长基线和短基线。

进一步的，四颗卫星的轨道的设计方法如下：

步骤1，根据任务需求，确定4颗卫星的轨道类型、轨道高度、下视角，获得满足任务需求的4颗卫星初步轨道；其中，4颗卫星的半长轴相同；

步骤2，在步骤1的基础上，修改主星轨道和辅星1轨道为满足Helix构型的双螺旋轨道，且主星和辅星1之间的基线满足最优基线取值范围指标；得到修改后的主星和辅星1的轨道参数；

步骤3，保持主星和辅星1的轨道参数不变，确定辅星2的轨道参数：

辅星2的偏心率和辅星1相同，调整辅星2轨道的轨道倾角和升交点赤经，使得辅星2轨道和主星轨道为满足Helix构型的双螺旋轨道；计算辅星2与主星之间的基线是否满足最优基线取值范围指标，若满足，则执行步骤4，若不满足，则调整辅星2轨道的近地点幅角和真近点角，使得辅星2与主星之间的基线满足最优基线范围要求指标；

步骤4，保持主星、辅星1和辅星2的轨道参数不变，采用步骤3的方式确定辅星3的轨道参数；其中，辅星3的轨道倾角与辅星2的轨道倾角不相同；

步骤5，计算辅星两两之间的基线，判断各辅星之间的垂直有效基线是否覆盖整个轨道周期，若覆盖，则当前4星轨道满足设计要求，若未能覆盖，则调整各辅星的轨道参数，使其既满足与主星轨道构成Helix构型的双螺旋轨道以及与主星之间的垂直有效基线要求指标，又满足各辅星之间的垂直长基线覆盖。