[发明专利]基于无源卫星的SAR天线距离向双程方向图测量方法

说明书

本发明提出了一种基于无源卫星的SAR天线距离向双程方向图测量方法，能够将星载SAR天线距离向方向图测量的测绘带宽、定标参考目标在地面布设，且实现高频次自主定标，无需人工参与。本发明以搭载无源定标器的低成本定标卫星作为参考目标，通过合理轨道设计，解决星载SAR天线距离向双程方向图测量问题，将星载SAR天线距离向方向图测量所面临的测绘带宽、定标参考目标在地面布设，并且本发明方法可实现高频次自主定标，无需人工参与。

技术领域

本发明涉及雷达对地观测技术领域，具体涉及一种基于无源卫星的SAR天线距离向双程方向图测量方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar：SAR)技术是一种能够获取高分辨率微波遥感图像的主动遥感技术，不受光照和气候条件等限制，可实现全天时、全天候对地观测。星载SAR需要进行严格的在轨辐射定标，确保其相对和绝对辐射精度，才能将SAR图像的灰度转换为地物后向散射信息定量应用。随着定量应用需求的不断提高，辐射定标技术对提高星载SAR图像辐射精度起着至关重要的作用，其中SAR天线方向图是影响SAR图像辐射精度的主要误差源。

星载SAR距离向天线方向图测量最初采用基于点目标的方法，即利用雷达截面积(Radar Cross Section:RCS)已知的有源或无源定标器沿SAR测绘带距离向阵列排布作为参考目标来实现距离向天线方向图测量；目前星载SAR距离向天线方向图测量多采用基于分布目标的方法，即利用大面积后向散射系数已知且稳定的热带雨林(如亚马逊热带雨林)作为定标参考目标来完成距离向天线方向图测量；近阶段星载SAR天线方向图可采用定标卫星搭载接收机进行测量，但只可测量单程天线方向图。目前各种新体制SAR给SAR天线方向图测量带来新的需求和挑战，现有的技术方案存在以下不足：

地面定标参考目标布置困难。海洋、极地、环月、环火星深空探测这一类新体制SAR的天线方向图测量方案难以在地面上实施。定标频次较低。传统陆地定标任务实施往往需要数月，定标频次取决于卫星重访频次。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于无源卫星的SAR天线距离向双程方向图测量方法，能够将星载SAR天线距离向方向图测量的测绘带宽、定标参考目标在地面布设，且实现高频次自主定标，无需人工参与。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于无源卫星的SAR天线距离向双程方向图测量方法，包括以下步骤：

步骤1：根据SAR卫星轨道高度，计算SAR卫星空间速度；

步骤2：确定定标卫星轨道高度；根据定标卫星的轨道参数，计算定标卫星空间速度；

步骤3：计算定标卫星轨道高度下，SAR测绘带的覆盖范围及测绘带的移动速度；

步骤4：计算定标卫星顺轨速度分量和交轨速度分量，并计算定标卫星轨道倾角；

步骤5：对处于测绘带内的各定标卫星进行成像并从所成图像中测量无源定标器响应，得到各定标器的响应值；

步骤6：利用SAR卫星和定标卫星的三维坐标和天线指向信息，建立两个卫星的相对几何关系，计算定标卫星成像时刻对应的俯仰角和斜距；

步骤7：利用得到的斜距对各定标器的响应值进行归一化距离校正，得到校正后的响应值；

步骤8：根据波束入射角和校正后的响应值重建双程距离向天线方向图。

其中，所述步骤3中，假定星载SAR的距离波束中心指向θ₀为30°，距离向波束宽度为4°，方位向发射波束宽度θ_w为2°，则星载SAR相对于定标卫星的距离向测绘带宽W_r为：