[发明专利]采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法

权利要求书

1.一种采用波束指向控制的地球同步轨道圆迹SAR成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步，根据被观测成像的地面目标的位置，选定具有零偏心率、星下点轨迹为“8字形”的地球同步卫星作为圆迹SAR的雷达平台；

第二步，设计轨道参数，使星下点轨迹的某个半“8字形”覆盖地面预定被观测成像的目标区域；

第三步，以SAR天线波束中心线与星下点方向的夹角为距离指向角，以天线波束中心线与卫星轨道运动方向的夹角为方位指向角，假定SAR天线波束始终指向目标，并以波束距离指向角和波束方位指向角表示波束指向，计算出距离指向角和方位指向角随时间的变化规律；

第四步，根据所述计算出的距离指向角和方位指向角随时间的变化规律，在圆迹SAR成像的观测周期之内采取步进法进行二维天线波束指向控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地球同步卫星24小时在空间绕地球运行一周的轨道为圆形轨道，且所述星下点轨迹在地球南北半球分别形成两个半“8字形”封闭的圆形区域，所述圆形区域关于赤道南北对称。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述圆迹SAR成像的观测周期具体为：

选择目标区域所处的半“8字形”星下点轨迹，将半“8字形”星下点轨迹所对应的12小时卫星运行周期设置为所述圆迹SAR成像的观测周期。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算出距离指向角和方位指向角随时间的变化规律进一步包括：

设t为地球同步卫星运动的时间变量，且以地球同步卫星过升交点时刻为成像起始零时刻，则对于所述圆迹SAR成像的观测周期之内的任意时刻t，天线波束中心线指向的距离指向角和方位指向角的计算步骤如下：

1)计算t时刻星下点在地球地心固联坐标系中的经纬度

φ_s(t)＝arcsin(sinisinω_st)(1a)

λ_s(t)＝arctan(cositanω_st)-ω_e·t+Ω(1b)

其中，λ_s(t)是地球同步卫星星下点经度，φ_s(t)是地球同步卫星星下点纬度，i是卫星轨道倾角，Ω是卫星轨道升交点赤经，ω_s为地球同步卫星的平均运动角速度，ω_e为地球自转平均角速度；

2)计算t时刻卫星轨道在地球地心固联直角坐标系中的直角坐标位置

x_s(t)＝acosφ_s(t)cosλ_s(t)(2a)

y_s(t)＝acosφ_s(t)sinλ_s(t)(2b)

z_s(t)＝asinφ_s(t)(2c)

其中，x_s(t)、y_s(t)、z_s(t)是地球同步卫星的轨道直角坐标分量，a是地球同步卫星的轨道长半轴；

3)计算t时刻地球同步卫星在地球地心固联坐标系中的直角坐标速度

x·s(t)=xs(t+1)-xs(t)Δt---(3a)]]>

y·s(t)=ys(t+1)-ys(t)Δt---(3b)]]>

z·s(t)=zs(t+1)-zs(t)Δt---(3c)]]>

其中，是卫星运动速度的直角坐标分量，Δt是相邻计算时刻之差；

4)分别计算波束中心线指向的距离指向角θ_r和方位指向角θ_a为

θr=cos-1(-r→·ST→|r→|·|ST→|),θa=cos-1(ST→·V→|ST|·|V→|)---(7)]]>

其中，SAR天线波束中心线指向矢量ST→=[xT-xS(t),yT-yS(t),zT-zS(t)]T,]]>x_T,y_T,z_T为成像目标区域的中心在地心固联坐标系的直角坐标，地球同步卫星在地心固联坐标系的直角坐标位置矢量地球同步卫星在地心固联坐标系的直角坐标速度矢量V→=[x·S(t),y·S(t),z·S(t)]T.]]>

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第四步进一步包括：

1)计算地球同步卫星的运动速度沿距离向和方位向的地速分量分别为

vr=Rea|V→|cosθr---(8a)]]>

va=Rea|V→|cosθa---(8b)]]>

其中，是卫星轨道运动速度矢量的幅度值、v_r、v_a分别地球同步卫星运动距离向地面速度分量和方位向地面速度、R_e是地球半径；

2)根据天线波束的宽度选择波束指向控制的时间步长

分别按天线方向图距离向和方位向的宽度，选取天线波束指向控制的距离向控制步长和方位向控制步长，

t0r=ϵr·Wrvr---(9a)]]>

t0a=ϵa·Wava---(9b)]]>

其中，t_0a为方位向控制步长，t_0r为距离向控制步长，W_a、W_r为测绘带方位向、距离向宽度，ε_a、ε_r为天线方位向、距离向波束控制比率，且有0≤ε_a≤1，0≤ε_r≤1；

3)根据所述第三步计算出的距离指向角和方位指向角随时间的变化规律，分别按时间步长t_0r和t_0a进行距离向和方位向控制步长，从而实现在圆迹SAR成像观测周期之内进行二维天线波束指向控制，使天线波束始终指向被观测成像的目标区域的中心。