[发明专利]一种星载SAR条带工作模式自适应系统及观测区域判定方法

权利要求书

1.一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，包括接收天线(1)、SAR雷达接收设备(2)电控调整机构(3)、上位机(4)、下位机(5)、馈电系统和电源(6)、定位模块(7)，其特征在于所述接收天线(1)包括反射面(8)、天线座(9)、背架(10)，所述调整机构(3)包括方位角调整机构(11)和俯仰角调整机构(12)，并与所述馈电系统和电源(6)连接，所述背架(10)与反射面(8)背部贴合并连接固定，且与俯仰角调整机构(12)活动连接，并安置有电子角度仪(13)，可以检测背架(10)与水平基准面的夹角；所述天线座(9)与方位角调整机构(11)活动连接，并且安置有汇流环(14)；所述上位机(4)包括轨道计算模块(15)，并与电馈电系统和电源(6)连接，可以根据探测需要和轨道计算数据控制接收机待机状态和工作状态，计算SAR过顶本区域的时间，并根据过顶时间计算地面接收机接收天线的初始方位向角度参数φ和俯仰向角度参数所述天线座(9)上安置有电子角度仪(16)，可以检测天线座(9)在稳态时与垂直基本面的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述SAR雷达接收设备(2)包括接收设备保护器(17)、低噪声高频放大器(18)、混频器(19)、本机振荡器(20)、中频放大器(21)、检波器(22)和视频放大器(23)、接收设备保护器，通过接收天线(1)采集到的高频信号，经过低噪声高频放大器(18)后再送到混频器(19)，混频器(19)与本机振荡器(20)产生的等幅高频电压混频，将信号频率降为中频(IF),并传至中频放大器(20)对中频脉冲信号进行放大和匹配滤波，以获得最大的输出信噪比，最后经过检波器(22)和视频放大器(23)视频放大后送至下位机(5)。

3.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述上位机(4)和馈电系统和电源(6)之间安置有待机自动开关(24)，可以由轨道计算数据在上位机(4)内转为待机自动开关(24)的控制信号，可以控制待机自动开关(24)转化工作地面接收设备的工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述背架(10)与反射面(8)为卡接或栓接，能够实现反射面(8)从背架(10)上的快速拆装。

5.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述方位角调整机构(11)由方位座、固定板、圆柱大齿轮、圆柱小齿轮、执行机构、拉紧螺栓组件及滑块组成，所述圆柱大齿轮固定在方位座上，通过拉紧螺栓组件与固定板槽内的滑块锁紧固定；圆柱小齿轮固定安装在固定板上并与圆柱大齿轮相齿合，圆柱小齿轮下部与执行机构相连，由执行机构带动圆柱小齿轮转动，再通过齿合联动带动圆柱大齿轮及方位座按照预设角度转动。

6.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述俯仰角调节机构(12)由上支撑耳、下支撑耳、电动缸，所述电动缸的上部通过上支撑耳与背架铰接，下部通过下支撑耳与天线座铰接，通过执行机构的伸缩，调整俯仰角大小。

7.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述俯仰角调节机构(12)为伺服电机和/或步进电机。

8.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述天线座(9)上包括互相垂直安置的两个电子水平仪，可以检测天线座(9)的初始水平状态。

9.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于所述反射面(6)由4块面板拼装而成，各板之间通过卡口及定位销连接，与背架(10)贴合固定实现拼装。

10.根据权利要求1所述的一种星载SAR条带工作模式自适应识别系统，其特征在于作为本实用新型的进一步改进，定位模块(7)为北斗模块和/或GNSS模块，用于采集识别系统所在的经纬度信息。

11.一种用于上述星载SAR条带工作模式自适应系统的观测区域判定方法，通过检测识别系统接收到的星载SAR信号特征值，来判断星载SAR是否开机，且是否处于条带工作模式，并判定观测区域，包括以下实施步骤：

步骤1：将识别系统安置的经纬度信息输入上位机(4)；

步骤2：通过上位机(4)的轨道计算模块(15)获得SAR卫星某时刻的卫星位置h、SAR卫星相对于识别系统的俯仰角参数和方位角参数φ,SAR卫星最大临空观测时间窗口[t₀,t_g]；

步骤3：将卫星相对于识别系统的俯仰角参数和方位角参数φ输入下位机(5)并转换为电控信号传输给电控调整机构(3)，使天线指向过境星载SAR；

步骤4：判断自适应识别系统是否采集到信号，如果没有采集到信号，转至步骤2；如果采集到信号，转至步骤5；

步骤5：判断采集到的信号是否为线性调频信号，如果不是线性调频信号，转至步骤2；如果是线性调频信号，转至步骤6；

步骤6：设定开机脉冲宽度判断阈值δ_τ1，信号带宽开机判断阈值δ_B1；

步骤6.1：判断采集的脉冲宽度τ是否满足开机脉冲宽度判断阈值δ_τ1设定，即满足式(1)，

τ≥δ_τ1 (1)

步骤6.2：判断采集的信号带宽B是否满足开机信号带宽判断阈值δ_B1设定，即满足式(2)，

B≥δ_B1 (2)

如果式(1)、(2)都成立则转至步骤7，否则转至步骤2；

步骤7：设P_rmax为采集到的瞬时最大信号强度，P_rmin为接收机灵敏度；

步骤7.1：如果自适应自适应识别系统在SAR机载平台最大临空观测时间窗口[t₀,t_g]内采集到的瞬时最大信号强度P_rmax，满足式(3)：

P_rmax＜P_rmin+30dBmiW (3)

则认为，过境星载SAR的主瓣未曾到达过自适应识别系统所在地面区域，转至步骤2；

步骤7.2：如果自适应识别系统在SAR卫星最大临空观测时间窗口[t₀,t_g]内采集到的瞬时信号强度满足式(4)：

P_rmax≥P_rmin+30dBmiW (4)

则认为，过境星载SAR的主瓣到达了自适应识别系统所在地面区域，转至步骤8；

步骤8：设定星载SAR工作模式判断条件，包括最大信号强度P_rmax持续时间判断阈值δ_Δt，条带工作模式信号带宽判断阈值δ_B2，条带工作模式脉冲宽度判断阈值δ_τ2；

步骤8.1：判断实际测量最大信号强度P_rmax持续时间Δt是否满足判断阈值δ_Δt，即满足式(5)，

Δtδ_Δt (5)

步骤8.2：判断采集的脉冲宽度τ是否满足条带工作模式脉冲宽度判断阈值δτ₂，即满足式(6)：

τδ_τ1 (6)

步骤8.3：判断采集带宽B是否满足条带工作模式信号带宽δ_B2，即满足式(7)：

Bδ_B2 (7)

如果式(5)-(7)都成立，则判定处于条带工作模式转至步骤9，否则转至步骤2；

步骤9：对条带工作模式的视角进行判定，根据下位机(5)得到临空SAR机载平台的高度信息h，机载平台所处的位置A(x_A,y_A,z_A)，机载平台的地面轨迹点B(x_B,y_B,z_B)，地面接收设备所处的位置C(x_C,y_C,z_C)，机载平台天线指向在地面的位置D(x_D,y_D,z_D)，AC为地面接收设备到机载平台的斜距，AD为SAR天线主波束中心的指向，BC为斜距在地面的投影长度，BD为波束在地面的投影长度；

步骤9.1：根据以上参数求解φ和φ′，φ为地面接收机与卫星星下点的连线与卫星波束指向在地面的投影之间的夹角，φ′卫星相对地面接收机的方位角，则φ和φ′满足式(8)，

步骤9.2：求解为AC与AD的夹角，根据式(11)计算一个平面内角方向的天线增益

式中，G(0)为天线主瓣增益，天线方向图，且为偏离天线主瓣最大值的角度根据式(10)可得，且的最小值满足式(11)，

步骤9.3：求解θ，则θ为SAR雷达视角，根据式(12)可得，

步骤10：计算观测区域条带宽度W，距离向波束宽度为Δθ，根据式(13)、(14)可求得φ₁与φ₂，则根据式(15)可以求得观测区域条带宽度W，

φ₁＝arcsin[sin(θ+Δθ/2)(R_e+h)/R_e]-θ-Δθ/2 (13)

φ₂＝arcsin[sin(θ-Δθ/2)(R_e+h)/R_e]-θ+Δθ/2 (14)

W＝R_e(φ₁-φ₂) (15)

步骤11：输入观测区域条带宽度W，设S为观测区域面积，v为卫星运行速度，则根据式(16)可以计算星载SAR在条带工作模式下的观测区域：

S＝WvΔt (16)

输出S，并转回步骤2。