[發(fā)明專利]星載滑動聚束SAR衛(wèi)星姿態(tài)和PRF序列設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811568110.2
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109521424B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李真芳;鄭成鑫;樓嘉晗;周超偉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

1.一種星載滑動聚束SAR衛(wèi)星姿態(tài)機動策略和PRF序列設(shè)計方法，其特征在于，進(jìn)行三軸姿態(tài)機動控制波束指向，將總的數(shù)據(jù)獲取時長分為N_b個burst，N_b表示burst的總個數(shù)，每個burst采用不同的脈沖重復(fù)頻率，使回波能夠全部落在接收窗中，包括有以下步驟：

步驟1，計算初始數(shù)據(jù)獲取時長T_on：構(gòu)建以O(shè)_rot為聚焦中心的滑動聚束幾何模型，并根據(jù)SAR正側(cè)視條帶模式的方位分辨率ρ_strip和滑動聚束模式的方位分辨率ρ_spot確定滑動因子α，根據(jù)滑動聚束SAR幾何模型和滑動因子α求出聚焦中心O_rot的初始位置，根據(jù)衛(wèi)星飛行距離與波束足跡在地面滑動速度的比值求出初始數(shù)據(jù)獲取時長T_on，此時求得的數(shù)據(jù)獲取時長T_on是個近似值，需要進(jìn)行迭代求其精確值；

步驟2，確定衛(wèi)星姿態(tài)角：利用Z_B軸指向與波束指向平行的關(guān)系求解Z_B軸指向，通過約束多普勒中心頻率距離向空變最小求解Y_B軸指向，確定了衛(wèi)星本體坐標(biāo)系三軸指向后利用換算關(guān)系即可求出衛(wèi)星姿態(tài)角，最終實現(xiàn)了衛(wèi)星姿態(tài)機動策略；確定衛(wèi)星姿態(tài)角，其子步驟為：

2a)確定衛(wèi)星本體坐標(biāo)系坐標(biāo)軸指向，衛(wèi)星本體坐標(biāo)系為笛卡爾直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)軸之間符合右手定則：

2a.1)求衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中Z_B軸的單位矢量e_z(t)：根據(jù)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系中Z_B軸指向與波束指向矢量平行，求Z_B軸的單位矢量e_z(t)；

2a.2)求解衛(wèi)星本體坐標(biāo)系Y_B軸的單位矢量e_y(t)：通過約束多普勒中心距離向空變最小求解衛(wèi)星本體坐標(biāo)系Y_B軸的單位矢量e_y(t)，最理想情況是衛(wèi)星當(dāng)前時刻位置矢量R_S、當(dāng)前時刻波束覆蓋區(qū)域近端點的位置矢量T_n和當(dāng)前時刻波束覆蓋區(qū)域遠(yuǎn)端點的位置矢量T_f對應(yīng)點構(gòu)成的平面P1位于波束中心所在的多普勒面P2內(nèi)，但非零多普勒面是以衛(wèi)星速度矢量為轉(zhuǎn)軸的圓錐曲面，令P1與P2相切來近似多普勒中心頻率的導(dǎo)數(shù)為零，即

式中P_b(t)為t時刻波束中心矢量，V_S(t)為t時刻衛(wèi)星速度矢量；

2a.3)求衛(wèi)星本體坐標(biāo)系X_B軸的單位矢量e_x(t)：求出e_z(t)和e_y(t)指向后，根據(jù)右手定則求衛(wèi)星本體坐標(biāo)系X_B軸的單位矢量e_x(t)；

2b)提取衛(wèi)星姿態(tài)角：確定了衛(wèi)星本體坐標(biāo)系坐標(biāo)軸指向后，根據(jù)常規(guī)的換算關(guān)系即可求出衛(wèi)星姿態(tài)角；

步驟3，確定最終數(shù)據(jù)獲取時長：根據(jù)數(shù)據(jù)獲取時長T_on和衛(wèi)星姿態(tài)角求出的觀測場景方位向?qū)挾扰c期望值的差，進(jìn)而得到數(shù)據(jù)獲取時間增量ΔT_on，利用ΔT_on迭代更新數(shù)據(jù)獲取時長T_on，并更新聚焦中心位置，重復(fù)步驟1到步驟3進(jìn)行迭代計算直到ΔT_on小于迭代門限，求出最終數(shù)據(jù)獲取時長；確定最終數(shù)據(jù)獲取時長的方法為：

根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)角求出觀測場景方位向?qū)挾龋撚^測場景方位向?qū)挾扰c期望值的差除以波束地面移動速度就是數(shù)據(jù)獲取時間增量ΔT_on，如果數(shù)據(jù)獲取時間增量ΔT_on大于門限g，g視任務(wù)要求而定，則更新數(shù)據(jù)獲取時長T_on，并將聚焦中心位置O_rot(t)求解公式為

R_TS(t_m)＝R_T-R_S(t_m)

其中，θ_sq(t)為t時刻的波束中心斜視角，R_T和R_S(t_m)分別表示場景中心位置矢量和衛(wèi)星在t_m時刻的位置矢量；

根據(jù)更新后的聚焦中心位置，重復(fù)步驟1到步驟3進(jìn)行迭代計算，直至ΔT_on小于門限g時停止迭代；

步驟4，設(shè)計脈沖重復(fù)頻率序列：根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)角定位出每個數(shù)據(jù)獲取時刻波束照射區(qū)域的最近點和最遠(yuǎn)點，得到回波的距離徙動量，根據(jù)距離徙動量將整個數(shù)據(jù)獲取時長劃分為N_b個burst，通過斑馬圖得到每個burst的脈沖重復(fù)頻率，實現(xiàn)PRF序列設(shè)計；設(shè)計脈沖重復(fù)頻率序列，具體為：

根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)角定位出每個數(shù)據(jù)獲取時刻上波束照射區(qū)域的最近點和最遠(yuǎn)點，得到回波的距離徙動量，將總數(shù)據(jù)獲取時長劃分成N_b個burst，使每個burst的距離徙動量都能被“接收窗”容納；每個burst的脈沖重復(fù)頻率的最大值PRF_max根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)來確定，根據(jù)PRF_max和脈沖寬度τ、保護(hù)時間T_g求出接收窗寬度T_w，接受窗寬度T_w的表達(dá)式為

每個burst的PRF設(shè)計滿足：

τ_SCENE,i+τ_RCM,i＜T_w,i,i＝1,2,3,...,N_b

其中τ_SCENE表示場景有效掃描寬度，τ_RCM表示RCM的持續(xù)時間，T_w表示接收窗寬度，下標(biāo)i表示burst的編號，N_b表示burst的總個數(shù)；整個數(shù)據(jù)獲取時長被分成N_b個burst后，通過斑馬圖得到每個burst的脈沖重復(fù)頻率，得到的N_b個PRF組成星載滑動聚束SAR的PRF序列，完成了PRF序列設(shè)計。