波束协同控制的地球同步轨道sar卫星偏航导引方法
【专利摘要】本发明提供了一种波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法包括以下步骤：步骤一，根据系统任务需求设计地球同步轨道SAR卫星的轨道；步骤二，根据系统天线的扫描能力、姿态控制能力、姿态敏感器安装布局，根据下面的策略分析，选取其中适合系统偏航导引的策略；步骤三，依据上述各偏航导引的策略设计联合控制规律，进行姿态波束协同导引。本发明通过波束的小范围调整灵活的改变观测位置，降低系统对偏航控制角的要求，保证星上有效载荷的正常工作。
【专利说明】波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种导引方法，具体地，涉及一种波束协同控制的地球同步轨道SAR 卫星偏航导引方法。
【背景技术】
[0002] 由于地球自转的影响，星载SAR(SyntheticApertureRadar,合成孔径雷达）多 普勒中也频率偏离零频，甚至可能远大于成像处理器带宽，引起多普勒中也频率关于脉冲 重复频率的模糊问题，波长越短模糊问题越严重，同时较大的多普勒中也频率会引起较大 的距离徙动量，该给成像处理带来困难。特别是对于地球同步轨道SAR卫星来说，地球自转 速度的影响更加显著。大部分SAR成像算法基于一定程度的近似而实现，如不进行姿态控 巧||，随着分辨率的提高和成像测绘带的增大，该种近似将可能变得不充分，从而限制成像的 精度。此外，未采用姿态控制时，对于等效斜视角变化较大的区域（如赤道地区），从近距 到远距端，多普勒中也频率的变化范围可达到上千赫兹，可能造成图像信噪比损失、方位失 聚焦和方位模糊。为了补偿多普勒参数随距离的变化，通常采取距离向分段处理的方式，但 由于不同斜距处的未压缩的距离信号在距离多普勒域是重叠的，该种处理方式效果不很完 善，而姿态控制可W有效减小该种多普勒中也频率随斜距的变化量，减小距离徙动量，便于 成像处理。
[0003] 采用姿态导引可W实现零多普勒中也频率，但是即便当轨道倾角为70°时，最大 偏航角也接近60°，该对于平台姿态控制提出了较高的要求。另一方面，地球同步轨道SAR 卫星的轨道高度很大，可W通过波束的小范围调整灵活的改变观测位置。因此，可W考虑采 用波束协同控制的方式实现偏航导引，降低系统对偏航控制角的要求。
[0004] 目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资 料。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种波束协同控制的地球同步轨道 SAR卫星偏航导引方法，其通过波束的小范围调整灵活的改变观测位置，降低系统对偏航控 制角的要求，保证星上有效载荷的正常工作。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导 引方法，其特征在于，包括W下步骤；步骤一，根据系统任务需求设计地球同步轨道SAR卫 星的轨道；步骤二，根据系统天线的扫描能力、姿态控制能力、姿态敏感器安装布局，根据策 略分析，选取其中适合系统偏航导引的策略；步骤H，依据上述各偏航导引的策略设计联合 控制规律，进行姿态波束协同导引。
[0007] 优选地，所述轨道主要包括轨道高度、轨道倾角和工作视角。
[0008] 优选地，所述步骤H姿态波束协同导引采用姿态波束协同控制，利用波束的小范 围调整灵活的改变观测位置，该样降低地球同步轨道SAR卫星系统对偏航控制角的要求。
[0009] 优选地，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法使用波束扫描 来实现零多普勒中也频率，即不进行姿态调整，得到不同视角下的方位波束角和距离波束 角。
[0010] 优选地，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法取最大偏航限 制角为20°，则波束最大方位角小于6°，最大距离角小于2.5°，降低了偏航控制的难度。
[0011] 优选地，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法采用完全波束 控制策略或最大偏航控制角为20°的策略或考虑波束扫描能力的联合策略。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明限制最大偏航角，设计波束 扫描最大方位角和最大距离角；因为波束扫描能力有限，所W结合波束扫描能力对联合控 制规律进行设计，一方面降低对天线扫描角度的要求，同时也降低偏航控制的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 通过阅读参照W下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0014] 图1为地球同步轨道SAR卫星联合控制的示意图。
[0015] 图2为天线坐标系下瞄准点关系的示意图。
[0016] 图3为不采用偏航角时方位向波束控制角（0 二0° )的示意图。
[0017] 图4为不采用偏航角时距离向波束控制角（0 二0° )的示意图。
[0018] 图5为不采用偏航角时方位向波束控制角（0 二20° )的示意图。
[0019] 图6为不采用偏航角时距离向波束控制角（0 二20° )的示意图。
[0020] 图7为偏航控制角的示意图。
[0021] 图8为最大波束角的示意图。
[0022] 图9(a)为最大扫描角为3°时的联合控制规律的偏航控制角的示意图。
[0023] 图9(b)为最大扫描角为3°时的联合控制规律的波束扫描角的示意图。
[0024] 图10(a)为最大扫描角为2°时的联合控制规律的偏航控制角的示意图。
[0025] 图10化）为最大扫描角为2°时的联合控制规律的波束扫描角的示意图。
[0026] 图11(a)为最大扫描角为r时的联合控制规律的偏航控制角的示意图。
[0027] 图11(b)为最大扫描角为r时的联合控制规律的波束扫描角的示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。W下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本发明，但不W任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进。该些都属于本发明 的保护范围。
[0029] 本发明波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法包括W下步骤：
[0030] 步骤一，根据系统任务需求设计地球同步轨道SAR卫星的轨道，轨道主要包括轨 道高度、轨道倾角和工作视角；
[0031] 步骤二，根据系统天线的扫描能力、姿态控制能力、姿态敏感器安装布局等约束条 件，根据策略分析，选取其中适合系统偏航导引的策略；
[0032] 步骤H，依据上述各偏航导引的策略设计联合控制规律，进行姿态波束协同导引。
[0033] 波束控制的空间几何关系如图1所示，S是卫星位置，ey是Ran巧偏航控制角，P 是完全偏航控制时的波束瞄准点，0/是限定的偏航控制角，Q是限定偏航角下的波束瞄准 点。
[0034] 在限定偏航控制角的天线坐标系下，完全偏航控制时的波束瞄准点P和限定偏航 角下的波束瞄准点Q的相对关系如图2所示，APC是天线相位中也。
[00巧]完全偏航控制时，完全偏航控制时的波束瞄准点P的多普勒中也频率为0。当限 定偏航角后，限定偏航角下的波束瞄准点Q与完全偏航控制时的波束瞄准点P存在偏差，需 要通过波束扫描的方式将波束中也指向从"APC-Q"调整到"APC-P"W实现零多普勒中也频 率。若完全偏航控制时的波束瞄准点P在指向限定偏航角下的波束瞄准点Q的天线坐标系 中的坐标为任,，？,，？,)，波束扫描角为下式（1):
[0036]
【权利要求】
1. 一种波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其特征在于，所述波束 协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法包括以下步骤： 步骤一，根据系统任务需求设计地球同步轨道SAR卫星的轨道； 步骤二，根据系统天线的扫描能力、姿态控制能力、姿态敏感器安装布局，根据下面的 策略分析，选取其中适合系统偏航导引的策略； 步骤三，依据上述各偏航导引的策略设计联合控制规律，进行姿态波束协同导引。
2. 根据权利要求1所述的波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其特 征在于，所述轨道主要包括轨道高度、轨道倾角和工作视角。
3. 根据权利要求1所述的波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其特 征在于，所述步骤三姿态波束协同导引采用姿态波束协同控制，利用波束的小范围调整灵 活的改变观测位置。
4. 根据权利要求1所述的波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其特 征在于，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法使用波束扫描来实现零 多普勒中心频率。
5. 根据权利要求1所述的波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其 特征在于，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法取最大偏航限制角为 20° ,则波束最大方位角小于6°，最大距离角小于2.5°。
6. 根据权利要求1所述的波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法，其特 征在于，所述波束协同控制的地球同步轨道SAR卫星偏航导引方法采用完全波束控制策略 或最大偏航控制角为20°的策略或考虑波束扫描能力的联合策略。
【文档编号】G05D1/10GK104375511SQ201410588779
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】陈国忠, 陈筠力, 徐敏, 路瑞峰 申请人:上海卫星工程研究所