[发明专利]一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法

说明书

本发明涉及一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，该方法基于星上实时测量基线长度和基线倾角值，作为基线估计初值，基于参考目标的高度信息和干涉成像高度计的观测几何，开展高精度联合估计基线；考虑到双频干涉成像高度计同时工作在Ka频段和Ku频段，在实现场景宽幅覆盖的同时，Ka和Ku频段还存在观测重叠区域，利用重叠区域海面高度值一定，进一步提升在轨基线估计精度。本发明既发挥Ka频段受到电离层影响小，又发挥Ku频段受对流层(云雨)影响小的优势，进一步提升基线长度估计精度达到亚毫米级，基线倾角精度达到亚角秒级。

技术领域

本发明涉及一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，适用于卫星海洋遥感等技术领域。

背景技术

测量海面高度的高度计主要有脉冲星下点高度计、综合孔径星下点高度计、干涉成像高度计。脉冲星下点高度计和综合孔径星下点高度计易于实现高精度测量，但无法实现宽幅测高要求。干涉成像高度计通过干涉相位提取高程，容易实现宽幅测量，同时也可保证高精度。图1给出了干涉测高的示意图，通过测量双天线相位中心到观测P的相位差经过相位解缠绕后得到路径差Δr＝r₁-r₂，再根据对干涉基线倾角和长度测量便可得到由B，r₁和r₂这三条边所对构成的三角形关系，进而便可得到P点的高度测量值h。

自1973年，美国的Skylab验证了星载雷达高度计的方案以来，测量高度探测卫星精度发展迅速，目前在轨的星下点高度计和综合孔径高度计卫星包括美/法的Jason-2卫星、欧空局的Cryosat-2卫星、印度的Saral卫星、欧空局的Sentinel-3A/B卫星和我国的HY-2A/B卫星。

海洋环境预报、海面中尺度现象观测对高时效性、大幅宽海面高度测量提出较高要求，为此海面测高向干涉成像高度计体制发展。比较有代表性有美国在研SWOT卫星(地表水与海洋地形)的Ka频段干涉成像高度计、我国天宫二号搭载的Ku频段干涉成像高度计，后续干涉成像高度计逐渐向双频方向发展。基线定义为在地固坐标系下，两副天线相位中心的空间矢量几何关系，基线估计精度是影响成像高度计测高误差的关键因素，为了满足双频干涉成像高度计的高精度基线估计的需求，所以有必要设计一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，满足亚毫米基线长度估计和亚角秒级基线角度估计需求。

国内专利CN201410630084.7题为一种雷达高度计小入射角干涉的海面高度高精度提取方法，幅宽度大且时空分辨率高，可以应用于洋流、海洋潮汐、涡旋等海洋中小尺度现象的观测，以及近海、海冰冰架、陆地水文的观测。该专利都提出干涉成像高度计测量海面高度的方法，但是未涉及双频段干涉成像高度计及其基线估计方法。国内专利CN201711158570.3题为一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统，通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置三个参数的完整估计。该专利仅采用信号处理方法进行基线估计，无法满足大幅宽、高精度成像高度计对基线估计的需求。

所以，有必要基于在轨高精度基线测量和卫星姿态测量值，设计一种面向双频干涉成像高度计的、高精度、星地联合的基线估计方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，解决了双频干涉成像高度计亚毫米基线长度、亚角秒基线角度的参数估计问题。

本发明解决技术的方案是：一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，双频干涉成像高度计包括第一天线、第二天线、第三天线、第四天线，其中，第一天线、第二天线相对于卫星本体对称安装，用于收发第一频段射频信号，第三天线、第四天线相对于卫星本体对称安装，用于收发第二频段射频信号；该方法包括如下步骤：

(1)、根据参考目标的观测几何、先验高度信息h、第一频点波长，计算第一天线与第二天线相位中心在地固坐标系下的基线长度B₁和基线角度α₁；