[發明專利]一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法

有效

• 申請號: 202011065491.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112305512B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 劉磊;張慶君;劉杰;陸翔;王愛明;李堃;劉紅雨;邊明明;肖遙;張云華;楊杰芳
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明涉及一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法，該方法基于星上實時測量基線長度和基線傾角值，作為基線估計初值，基于參考目標的高度信息和干涉成像高度計的觀測幾何，開展高精度聯合估計基線；考慮到雙頻干涉成像高度計同時工作在Ka頻段和Ku頻段，在實現場景寬幅覆蓋的同時，Ka和Ku頻段還存在觀測重疊區域，利用重疊區域海面高度值一定，進一步提升在軌基線估計精度。本發明既發揮Ka頻段受到電離層影響小，又發揮Ku頻段受對流層(云雨)影響小的優勢，進一步提升基線長度估計精度達到亞毫米級，基線傾角精度達到亞角秒級。

技術領域

本發明涉及一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法，適用于衛星海洋遙感等技術領域。

背景技術

測量海面高度的高度計主要有脈沖星下點高度計、綜合孔徑星下點高度計、干涉成像高度計。脈沖星下點高度計和綜合孔徑星下點高度計易于實現高精度測量，但無法實現寬幅測高要求。干涉成像高度計通過干涉相位提取高程，容易實現寬幅測量，同時也可保證高精度。圖1給出了干涉測高的示意圖，通過測量雙天線相位中心到觀測P的相位差經過相位解纏繞后得到路徑差Δr＝r₁-r₂，再根據對干涉基線傾角和長度測量便可得到由B，r₁和r₂這三條邊所對構成的三角形關系，進而便可得到P點的高度測量值h。

自1973年，美國的Skylab驗證了星載雷達高度計的方案以來，測量高度探測衛星精度發展迅速，目前在軌的星下點高度計和綜合孔徑高度計衛星包括美/法的Jason-2衛星、歐空局的Cryosat-2衛星、印度的Saral衛星、歐空局的Sentinel-3A/B衛星和我國的HY-2A/B衛星。

海洋環境預報、海面中尺度現象觀測對高時效性、大幅寬海面高度測量提出較高要求，為此海面測高向干涉成像高度計體制發展。比較有代表性有美國在研SWOT衛星(地表水與海洋地形)的Ka頻段干涉成像高度計、我國天宮二號搭載的Ku頻段干涉成像高度計，后續干涉成像高度計逐漸向雙頻方向發展。基線定義為在地固坐標系下，兩副天線相位中心的空間矢量幾何關系，基線估計精度是影響成像高度計測高誤差的關鍵因素，為了滿足雙頻干涉成像高度計的高精度基線估計的需求，所以有必要設計一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法，滿足亞毫米基線長度估計和亞角秒級基線角度估計需求。

國內專利CN201410630084.7題為一種雷達高度計小入射角干涉的海面高度高精度提取方法，幅寬度大且時空分辨率高，可以應用于洋流、海洋潮汐、渦旋等海洋中小尺度現象的觀測，以及近海、海冰冰架、陸地水文的觀測。該專利都提出干涉成像高度計測量海面高度的方法，但是未涉及雙頻段干涉成像高度計及其基線估計方法。國內專利CN201711158570.3題為一種天基干涉成像雷達高度計的干涉定標方法及系統，通過擬合估計解纏相位對雷達視角的敏感性，可將干涉基線和干涉相位偏置的估計分離開來，最終實現基線長度、基線傾角和干涉相位偏置三個參數的完整估計。該專利僅采用信號處理方法進行基線估計，無法滿足大幅寬、高精度成像高度計對基線估計的需求。

所以，有必要基于在軌高精度基線測量和衛星姿態測量值，設計一種面向雙頻干涉成像高度計的、高精度、星地聯合的基線估計方法。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法，解決了雙頻干涉成像高度計亞毫米基線長度、亞角秒基線角度的參數估計問題。

本發明解決技術的方案是：一種雙頻干涉成像高度計高精度基線估計方法，雙頻干涉成像高度計包括第一天線、第二天線、第三天線、第四天線，其中，第一天線、第二天線相對于衛星本體對稱安裝，用于收發第一頻段射頻信號，第三天線、第四天線相對于衛星本體對稱安裝，用于收發第二頻段射頻信號；該方法包括如下步驟：

(1)、根據參考目標的觀測幾何、先驗高度信息h、第一頻點波長，計算第一天線與第二天線相位中心在地固坐標系下的基線長度B₁和基線角度α₁；