一种基于SAR卫星姿态控制实现滑动聚束模式的方法

摘要

本发明公开了一种基于SAR卫星姿态控制实现滑动聚束模式的方法，属于信号处理技术领域。所述方法通过对卫星姿态进行调控，实现卫星天线指向角连续变化，不存在角度量化问题，通过建立较完善的空间关系几何模型，可更精确地实现滑动聚束模式，提高SAR方位向分辨率。而且，天线结构简单，可以降低卫星成本，减小卫星体积和重量，具有广阔的应用前景。本发明提出的方法相比于目前通过相控阵实现滑动聚束模式的方法，天线指向连续变化，准确度更高；可以大大简化卫星天线结构，降低卫星成本和减轻卫星重量，具有十分重要的应用价值。

主权项

一种基于SAR卫星姿态控制实现滑动聚束模式的方法，其特征在于，包括以下几个步骤： 步骤一：计算卫星在转动地心坐标系E_g中的坐标(x_s,y_s,z_s)； 发射第m个脉冲时，平均近心角M为： 进而计算偏心角E为： 计算真近心角θ为： 计算矢 径r为： 由上可得卫星在轨道平面坐标系E_v中的坐标(x_vs,y_vs,z_vs)为： 通过坐标系转换，转换至转动地心坐标系E_g，得到卫星在转动地心坐标系E_g中的坐标(x_s,y_s,z_s)为： 从中取T₀时刻卫星在转动地心坐标系E_g的坐标为步骤二：计算T₀时刻天线坐标系E_a中单位矢量(0,1,0)在转动地心坐标系E_g中的坐标(x₁,y₁,z₁)； 通过坐标系转换，转换至卫星星体坐标系E_e，转换至卫星平台坐标系E_r，转换至轨道平面坐标系E_v，转换至不转动的地心轨道坐标系E_o，再转换至转动地心坐标系E_g，得到天线坐标系E_a中单位矢量(0,1,0)在转动地心坐标系E_g中的坐标(x₁,y₁,z₁)为： 步骤三：计算T₀时刻天线坐标系E_a中单位矢量(0,1,0)到地面的距离R₀； 其中，r₁,r₂,r₃分别为中间变量； 天线坐标系E_a中单位矢量(0,1,0)到地面的距离R₀： 步骤四：计算T₀时刻旋转点C到地面指向点的斜距ΔR₀； 由滑动聚束方位向分辨率计算公式得：步骤五：计算旋转点C在转动地心坐标系E_g中的坐标步骤六：计算全滑聚过程中卫星与旋转点C在转动地心坐标系E_g中的相对矢量(R_x,R_y,R_z)； 步骤七：计算全滑聚过程中天线指向在转动地心坐标系E_g中的坐标(x₁′,y₁′,z₁′)； 步骤八：计算全滑聚过程中天线指向在天线坐标系E_a中的坐标(x₁",y₁",z₁")； 步骤九：计算天线坐标系E_a下单位矢量(0,1,0)，经姿态控制后的坐标(x_ZT,y_ZT,z_ZT)； 先控制俯仰角再控制偏航角得到姿态控制后的坐标(x_ZT,y_ZT,z_ZT)为： 化简得： 步骤十：计算全滑聚过程中卫星姿态控制角：俯仰角θ_p和偏航角θ_y； 解方程(20)得： 并根据得到如下，其中，步骤十一：计算全滑聚过程中卫星姿态控制规律，及各轴角速度控制曲线； 以分别表示顺序转轴矢量则有：由此得姿态控制规律，x,y,z三轴的旋转角速度ω_x,ω_y,ω_z分别为： 经过以上十一个步骤，完成了对滑动聚束模式姿态控制规律的计算； 上述步骤中，字母参数的定义如下： T₀为卫星正侧视波束中心指向观测目标区域中心的时刻；A_num为满足观测带方位向长度要求，发射脉冲数；f_PRF为脉冲重复频率PRF；θ_L为雷达天线视角；ρ_a为方位向分辨率；K_a为方位向波束展宽因子；L_s为等效天线长度；为卫星在轨运动平均角速度；为地球平均自转角速度；a为地球长半轴长度；b为地球短半轴长度；M为平均近心角；E为偏心角；θ为真近心角；e为偏心率；r为矢径；P为半正焦距；H_G为春分点的格林威治时角；Ω为轨道升交点赤经；i为轨道倾角；ω为轨道近地点幅角；γ为卫星的航迹角；θ_r为卫星绕x轴的滚转角；θ_y为卫星绕y轴的偏航角；θ_p为卫星绕z轴的俯仰角；θ_{y_c}为偏航控制后的卫星偏航角；ω₃₂为等效旋转角速度矢量；R₂为卫星偏航时旋转矩阵；R₃为卫星俯仰时旋转矩阵；用c表示余弦cos，用s表示正弦sin；为不转动地心坐标系E_o到转动地心坐标系E_g的转换矩阵；为轨道平面坐标系E_v到不转动地心坐标系E_o的转换矩阵；为卫星平台坐标系E_r到轨道平面坐标系E_v的转换矩阵；为卫星星体坐标系E_e到卫星平台坐标系E_r的转换矩阵；为天线坐标系E_a到卫星星体坐标系E_e的转换矩阵；相反转换通过矩阵求逆实现。