[發(fā)明專利]一種基于單反射面天線的GEO SAR衛(wèi)星成像方法

在審

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• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112327300A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設計）人: 張慶君;張洪太;倪崇;趙秉吉;呂爭;朱宇;劉波;楊思全;劉杰;劉立平
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高會允

本發(fā)明公開了一種基于單反射面天線的GEO SAR衛(wèi)星成像方法，屬于高軌微波成像衛(wèi)星總體設計領域，能夠不進行姿態(tài)調整，針對相控陣饋源單發(fā)射面天線的GEO SAR進行波束設計，僅通過距離向電掃描覆蓋所有入射角范圍。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案包括如下步驟：S1、根據天線最小不模糊面積和分辨率的要求，選擇天線口徑，根據天線口徑，選取天線焦距。S2、根據入射角要求，推算下視角范圍，得到天線所需達到的掃描范圍；SAR下視角和入射角的對應關系為其中，θ為入射角，α為下視角，H為軌道高度，R_e地球半徑。S3、設置天線饋源，以形成天線所需達到的掃描范圍，進行衛(wèi)星成像。

技術領域

本發(fā)明提出一種基于單反射面天線的地球同步軌道合成孔徑雷達(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar，簡稱GEO SAR)衛(wèi)星成像方法，屬于高軌微波成像衛(wèi)星總體設計領域，尤其涉及具有距離向掃描能力的基于單反射面天線的GEO SAR衛(wèi)星波束設計方法。

背景技術

1978年，K.Tomiyasu與美國國家航空航天局(National Aeronautics and SpaceAdministration,簡稱NASA)合作(項目編號NAS-2-9580)，首次提出了GEO SAR 的概念，并對GEO SAR進行了初始的參數分析。

相比于低軌合成孔徑雷達(Low Earth OrbitSynthetic Aperture Radar，簡稱LEO SAR)而言，GEO SAR的最大優(yōu)點是成像范圍大、重訪時間短：例如GEO SAR的重訪時間最長為一天，而LEO SAR的重訪時間一般為3～10天甚至更長。但是，GEO SAR的合成孔徑時間與所需的發(fā)射功率和天線尺寸等都比LEO SAR 大很多，在當時的技術條件下難以實現。因此在隨后的一段時間內，關于GEO SAR的研究工作呈現停滯狀態(tài)。

進入二十一世紀后，隨著技術的飛速發(fā)展，關于GEO SAR的研究工作再次進入活躍期。在NASA的支持下，美國的噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory,簡稱JPL)對GEO SAR進行了大量的研究，在地球同步軌道系統(tǒng)關鍵技術與應用方面取得了重要的研究成果。

2001年，美國JPL提出了一套GEO SAR衛(wèi)星方案。GEO SAR由于其高度所帶來的天線面積非常大，利用現有的技術將使得有源相控陣天線重量非常高，這對發(fā)射平臺來說，是一個巨大的負荷，因此必須減小天線重量。在天線面積保持不變的情況下，只能通過減小天線質量密度來實現。美國JPL提出的解決減小天線質量密度的方法是采用薄膜材料作為天線材料，并于2003年給出了 30m×30m L波段薄膜相控陣大天線的概念設計。

該衛(wèi)星設計采用口徑為30m的平板式相控陣天線，相控陣基板為柔性的可折疊材料，在運載發(fā)射時可收攏。衛(wèi)星采用一個可展開的桁架結構，12個可展開桿件在入軌后展開為一個平面，中間設一個撐桿并用拉索與以上的12個橫桿相連。整個結構就像一個中心桿穿一個平面圓盤。為了能夠在任何的光照條件下滿足載荷極其巨大的發(fā)射功率，衛(wèi)星采用了一種圓錐加圓錐底面的太陽電池片排布方案，以保證在任何軌道傾角、任何光照條件下衛(wèi)星都可滿足載荷的功率需求。

目前針對相控陣饋源單發(fā)射面天線的GEO SAR進行波束設計，均需要進行姿態(tài)調整，因此目前亟需一種無需進行姿態(tài)調整進行饋源設計以覆蓋所有入射角范圍的方案。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于單反射面天線的GEO SAR衛(wèi)星成像方法，能夠不進行姿態(tài)調整，針對相控陣饋源單發(fā)射面天線的GEO SAR進行波束設計，僅通過距離向電掃描覆蓋所有入射角范圍。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案包括如下步驟：

S1、根據天線最小不模糊面積和分辨率的要求，選擇天線口徑，根據天線口徑，選取天線焦距。

S2、根據入射角要求，推算下視角范圍，得到天線所需達到的掃描范圍；