一种星载合成孔径雷达卫星姿态导引方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种星载SAR卫星姿态导引方法，所述方法包括：建立二体模型和SAR模型，根据所述二体模型和所述SAR模型获取卫星所在的零多普勒面的法线方向；根据所述SAR模型，当所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，根据所述偏航导引角对所述卫星的姿态进行导引。本发明实施例同时还公开了一种星载SAR卫星姿态导引装置。采用本发明实施例的技术方案，实现了在零俯仰角或者在特定俯仰角的情况下，降低SAR回波数据的多普勒中心频率，使所述多普勒中心频率降低至零赫兹附近。
【专利说明】一种星载合成孔径雷达卫星姿态导引方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星姿态导引技术，具体涉及一种星载合成孔径雷达(SAR，SyntheticAperture Radar )卫星姿态导弓I方法及装置。
【背景技术】
[0002]卫星姿态导引方法是降低星载SAR回波数据的多普勒中心频率的关键技术。卫星姿态导引方法通过调整卫星的偏航角、俯仰角，将SAR回波数据的多普勒中心频率降低至O赫兹附近，以此降低聚焦算法的复杂度，提高图像配准精度，提高干涉精度，利于扇贝效应校正。卫星姿态导引技术目前已在国际先进星载SAR系统(如TerraSAR-X系统)中得到应用和验证。
[0003]现有的卫星姿态导引方法有:针对圆轨道的一维姿态导引方法，即在正圆轨道假设下，通过调整偏航角达到降低多普勒中心频率的目的；针对椭圆轨道的二维姿态导引方法，即通过同时调整偏航角和俯仰角达到降低多普勒中心频率的目的。由于椭圆轨道模型更接近卫星的实际轨道，因此针对圆轨道的一维导引方法在实际低轨近圆轨道SAR系统中，会产生几百赫兹的残余多普勒中心频率。而针对椭圆轨道提出的二维导引方法能够有效降低多普勒中心频率，但也增加了卫星姿态控制系统的复杂度。另外，有的SAR系统要求卫星星体坐标系的某一坐标轴垂直于地表，这就意味着俯仰角是受到限制的，因此，现有的二维姿态导引方法也不再适用。
【发明内容】
[0004]为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种星载SAR卫星姿态导引方法及装置，能够实现在零俯仰角或者在特定俯仰角的情况下，降低SAR回波数据的多普勒中
心频率。
[0005]为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的:
[0006]本发明实施例提供了一种星载SAR卫星姿态导引方法，所述方法包括:
[0007]建立二体模型和SAR模型，根据所述二体模型和所述SAR模型获取目标点所在的零多普勒面的法线方向；
[0008]根据所述SAR模型，当所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，根据所述偏航导引角对所述卫星的姿态进行导引。
[0009]上述方案中，所述根据所述二体模型和所述SAR模型获取目标点所在的零多普勒面的法线方向，包括:
[0010]根据所述二体模型，获取所述目标点的多普勒频率，所述多普勒频率采用以下参数表示:所述卫星及所述目标点的位置矢量、速度矢量；
[0011]当所述多普勒频率为零时，通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星所在平面的法线方向，所述法线方向满足如下表达式:[0012]
【权利要求】
1.一种星载合成孔径雷达SAR卫星姿态导引方法，其特征在于，所述方法包括: 建立二体模型和SAR模型，根据所述二体模型和所述SAR模型获取目标点所在的零多普勒面的法线方向； 根据所述SAR模型，当所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，根据所述偏航导引角对所述卫星的姿态进行导引。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二体模型和所述SAR模型获取目标点所在的零多普勒面的法线方向，包括: 根据所述二体模型，获取所述目标点的多普勒频率，所述多普勒频率采用以下参数表示:所述卫星及所述目标点的位置矢量、速度矢量； 当所述多普勒频率为零时，通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星所在平面的法线方向，所述法线方向满足如下表达式:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述SAR模型，当所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，包括: 根据所述SAR模型，当所述卫星的俯仰角为零，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角； 或者，当所述卫星的俯仰角为预设角度，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当所述卫星的俯仰角为零，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，包括: 通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量，所述地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量满足如下表达式:
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当所述卫星的俯仰角为预设角度，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，包括: 通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量，所述地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量满足如下表达式:
6.一种星载合成孔径雷达SAR卫星姿态导引装置，其特征在于，所述装置包括:模型建立单元、第一获取单元、第二获取单元和姿态导引单元；其中， 所述模型建立单元，用于建立二体模型和SAR模型； 所述第一获取单元，用于根据所述二体模型和所述SAR模型获取目标点所在的零多普勒面的法线方向； 所述第二获取单元，用于根据所述SAR模型，当所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角，将所述偏航导引角发送给所述姿态导引单元； 所述姿态导引单元，用于根据所述第二获取单元发送的所述偏航导引角对所述卫星的姿态进行导引。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元，具体用于根据所述二体模型，获取所述目标点的多普勒频率，所述多普勒频率采用以下参数表示:所述卫星及所述目标点的位置矢量、速度矢量； 当所述多普勒频率为零时，通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星所在平面的法线方向，所述法线方向满足如下表达式:
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元，用于根据所述SAR模型，当所述卫星的俯仰角为零，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角；或者当所述卫星的俯仰角为预设角度，且所述卫星的波束指向与所述零多普勒面的法线方向垂直时，获取所述卫星的偏航导引角。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元，具体用于通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量，所述地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量满足如下表达式:
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元，具体用于通过卫星平台坐标系、轨道平面坐标系和地心惯性坐标系之间的坐标转换，获取在地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量，所述地心惯性坐标系下所述卫星的波束指向的单位向量满足如下表达式:
【文档编号】G01C21/24GK103674033SQ201310687784
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】赵硕, 王宇, 邓云凯, 张志敏, 倪江, 刘亚波, 刘悦 申请人:中国科学院电子学研究所