一種星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種星載SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法，所述方法包括：建立二體模型和SAR模型，根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取衛(wèi)星所在的零多普勒面的法線方向；根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，根據(jù)所述偏航導(dǎo)引角對(duì)所述衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行導(dǎo)引。本發(fā)明實(shí)施例同時(shí)還公開(kāi)了一種星載SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引裝置。采用本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了在零俯仰角或者在特定俯仰角的情況下，降低SAR回波數(shù)據(jù)的多普勒中心頻率，使所述多普勒中心頻率降低至零赫茲附近。
【專利說(shuō)明】一種星載合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引技術(shù)，具體涉及一種星載合成孔徑雷達(dá)(SAR，SyntheticAperture Radar )衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)弓I方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法是降低星載SAR回波數(shù)據(jù)的多普勒中心頻率的關(guān)鍵技術(shù)。衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法通過(guò)調(diào)整衛(wèi)星的偏航角、俯仰角，將SAR回波數(shù)據(jù)的多普勒中心頻率降低至O赫茲附近，以此降低聚焦算法的復(fù)雜度，提高圖像配準(zhǔn)精度，提高干涉精度，利于扇貝效應(yīng)校正。衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引技術(shù)目前已在國(guó)際先進(jìn)星載SAR系統(tǒng)(如TerraSAR-X系統(tǒng))中得到應(yīng)用和驗(yàn)證。
[0003]現(xiàn)有的衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法有:針對(duì)圓軌道的一維姿態(tài)導(dǎo)引方法，即在正圓軌道假設(shè)下，通過(guò)調(diào)整偏航角達(dá)到降低多普勒中心頻率的目的；針對(duì)橢圓軌道的二維姿態(tài)導(dǎo)引方法，即通過(guò)同時(shí)調(diào)整偏航角和俯仰角達(dá)到降低多普勒中心頻率的目的。由于橢圓軌道模型更接近衛(wèi)星的實(shí)際軌道，因此針對(duì)圓軌道的一維導(dǎo)引方法在實(shí)際低軌近圓軌道SAR系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生幾百赫茲的殘余多普勒中心頻率。而針對(duì)橢圓軌道提出的二維導(dǎo)引方法能夠有效降低多普勒中心頻率，但也增加了衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。另外，有的SAR系統(tǒng)要求衛(wèi)星星體坐標(biāo)系的某一坐標(biāo)軸垂直于地表，這就意味著俯仰角是受到限制的，因此，現(xiàn)有的二維姿態(tài)導(dǎo)引方法也不再適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種星載SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在零俯仰角或者在特定俯仰角的情況下，降低SAR回波數(shù)據(jù)的多普勒中
心頻率。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種星載SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法，所述方法包括:
[0007]建立二體模型和SAR模型，根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取目標(biāo)點(diǎn)所在的零多普勒面的法線方向；
[0008]根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，根據(jù)所述偏航導(dǎo)引角對(duì)所述衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行導(dǎo)引。
[0009]上述方案中，所述根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取目標(biāo)點(diǎn)所在的零多普勒面的法線方向，包括:
[0010]根據(jù)所述二體模型，獲取所述目標(biāo)點(diǎn)的多普勒頻率，所述多普勒頻率采用以下參數(shù)表示:所述衛(wèi)星及所述目標(biāo)點(diǎn)的位置矢量、速度矢量；
[0011]當(dāng)所述多普勒頻率為零時(shí)，通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星所在平面的法線方向，所述法線方向滿足如下表達(dá)式:[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種星載合成孔徑雷達(dá)SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引方法，其特征在于，所述方法包括: 建立二體模型和SAR模型，根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取目標(biāo)點(diǎn)所在的零多普勒面的法線方向； 根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，根據(jù)所述偏航導(dǎo)引角對(duì)所述衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行導(dǎo)引。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取目標(biāo)點(diǎn)所在的零多普勒面的法線方向，包括: 根據(jù)所述二體模型，獲取所述目標(biāo)點(diǎn)的多普勒頻率，所述多普勒頻率采用以下參數(shù)表示:所述衛(wèi)星及所述目標(biāo)點(diǎn)的位置矢量、速度矢量； 當(dāng)所述多普勒頻率為零時(shí)，通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星所在平面的法線方向，所述法線方向滿足如下表達(dá)式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，包括: 根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為零，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角； 或者，當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為預(yù)設(shè)角度，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為零，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，包括: 通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量，所述地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量滿足如下表達(dá)式:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為預(yù)設(shè)角度，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，包括: 通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量，所述地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量滿足如下表達(dá)式:

6.一種星載合成孔徑雷達(dá)SAR衛(wèi)星姿態(tài)導(dǎo)引裝置，其特征在于，所述裝置包括:模型建立單元、第一獲取單元、第二獲取單元和姿態(tài)導(dǎo)引單元；其中， 所述模型建立單元，用于建立二體模型和SAR模型； 所述第一獲取單元，用于根據(jù)所述二體模型和所述SAR模型獲取目標(biāo)點(diǎn)所在的零多普勒面的法線方向； 所述第二獲取單元，用于根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角，將所述偏航導(dǎo)引角發(fā)送給所述姿態(tài)導(dǎo)引單元； 所述姿態(tài)導(dǎo)引單元，用于根據(jù)所述第二獲取單元發(fā)送的所述偏航導(dǎo)引角對(duì)所述衛(wèi)星的姿態(tài)進(jìn)行導(dǎo)引。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取單元，具體用于根據(jù)所述二體模型，獲取所述目標(biāo)點(diǎn)的多普勒頻率，所述多普勒頻率采用以下參數(shù)表示:所述衛(wèi)星及所述目標(biāo)點(diǎn)的位置矢量、速度矢量； 當(dāng)所述多普勒頻率為零時(shí)，通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星所在平面的法線方向，所述法線方向滿足如下表達(dá)式:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取單元，用于根據(jù)所述SAR模型，當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為零，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角；或者當(dāng)所述衛(wèi)星的俯仰角為預(yù)設(shè)角度，且所述衛(wèi)星的波束指向與所述零多普勒面的法線方向垂直時(shí)，獲取所述衛(wèi)星的偏航導(dǎo)引角。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取單元，具體用于通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量，所述地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量滿足如下表達(dá)式:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取單元，具體用于通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)坐標(biāo)系、軌道平面坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲取在地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量，所述地心慣性坐標(biāo)系下所述衛(wèi)星的波束指向的單位向量滿足如下表達(dá)式:
【文檔編號(hào)】G01C21/24GK103674033SQ201310687784
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】趙碩, 王宇, 鄧云凱, 張志敏, 倪江, 劉亞波, 劉悅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所