[发明专利]星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法

说明书

本发明公开了一种星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法，解决了星载滑动聚束SAR照射场景弯曲、方位分辨率空变明显和回波落在盲区中的问题。实现步骤为：计算初始数据获取时长；根据波束指向和约束多普勒中心频率距离空变最小，确定卫星姿态角；确定最终数据获取时长；将数据获取时长划分为多个burst，每个burst采用不同的PRF，完成PRF序列设计。本发明增加对横滚角的控制，避免照射场景弯曲；聚焦中心位置变化，方位分辨率空变小；PRF变化，避免回波落于盲区。本发明照射场景不弯曲、方位分辨率空变小、回波能够全部落在接收窗中。用于星载滑动聚束SAR系统参数设计，达到照射场景不弯曲和获取完整回波的目的。

技术领域

本发明涉及星载合成孔径雷达系统参数设计技术领域，特别涉及星载滑动聚束SAR卫星系统参数设计，具体是一种星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法，可用于星载滑动聚束合成孔径雷达系统参数设计。

背景技术

合成孔径雷达可以全天时、全天候对地观测，能够穿透天然植被、人工伪装，发现重要军事目标。合成孔径雷达有多种工作模式，其中滑动聚束模式是条带模式和聚束模式的混合模式，其方位向分辨率优于条带模式，方位向测绘带宽大于聚束模式，可以精确获得局部战场重要信息，是X频段陆地合成孔径雷达卫星(X band terrestrial syntheticaperture radar satellite,TerraSAR-X)与合成孔径雷达技术验证卫星(SAR technologydemonstration satellite,TECSAR)等先进SAR系统的重要工作模式。

卫星的姿态角包括卫星的俯仰角、横滚角和偏航角，星载滑动聚束SAR可以依靠卫星平台姿态机动策略实现波束指向控制。目前，国内外学者通过研究单轴或双轴姿态机动控制滑动聚束SAR波束指向，但缺少横滚角控制的方案。单轴或双轴姿态机动控制会存在场景弯曲的问题，固定的横滚角会使波束照射区域向远端弯曲。滑动聚束SAR一次观测时间通常超过几十秒，这将导致距离徙动急剧增加，当距离徙动严重时，固定的PRF使得回波不能全部落在“接收窗”内，即部分回波落在“盲区”内。针对条带模式较长观测时间导致回波落在“盲区”内的问题，Nicloas Gebert介绍了一种基于变化脉冲重复频率(PRF)适用于大方位向测绘带宽度的技术，门志荣也提供了一种高效的PRF随斜距变化而变化的数据采集技术。受此启发，本发明将PRF序列设计应用在星载SAR滑动聚束模式。

已有的星载滑动聚束SAR系统参数设计有两个主要问题：第一个问题是采取灵活的姿态机动策略，以确保方位分辨率空变小、避免照射场景弯曲；第二个问题是发射机的PRF序列设计的问题，在距离徙动严重的情况下，固定的PRF并不能保证回波全部落在“接收窗”内。因此有必要对发射机的PRF进行调整，以使回波能够全部落在“接收窗”内，获得具有较低的方位模糊信号比和距离模糊信号比的回波。

现有的星载滑动聚束SAR姿态机动策略仅对单轴或双轴姿态进行控制，缺少对横滚角的控制，存在照射场景弯曲的问题；聚焦中心位置不变，多普勒带宽较宽，存在方位分辨率空变明显的问题；PRF固定，存在回波不能全部落在“接收窗”内的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种避免场景弯曲、方位分辨率空变小，回波能够全部落在“接收窗”内的星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计的方法。

本发明是一种星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法，其特征在于，进行三轴姿态机动控制避免照射场景弯曲，聚焦中心位置不断变化，方位分辨率空变小，将总的数据获取时长分为N_b个burst，N_b表示burst的总个数，每个burst采用不同的脉冲重复频率(PRF)，使回波能够全部落在“接收窗”中，包括有以下步骤：