Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法，Ka波段沿航迹干涉SAR系统包括：搭载于卫星的发射天线，和同一星上分别位于发射天线两侧的第一接收天线和第二接收天线，天线的工作波段为Ka波段，所述第一接收天线、第二接收天线质心的连线平行于卫星航迹。

Ka band along track interference SAR system and its working method

The invention discloses a Ka band along track interferometric SAR system and its working method, Ka band along track interferometric SAR system includes: transmitting antenna mounted on the satellite, and the same star are located on both sides of the first antenna receiving antenna and the second antenna, working band antenna for Ka band, the first receiving antenna, second the receiving antenna line parallel to the centroid of the satellite track.

【技术实现步骤摘要】
Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法
本专利技术属于合成孔径雷达成像
，尤其涉及一种Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法。
技术介绍
洋流又称海流，是海水因热辐射、蒸发、降水、冷缩等形成密度不同的水团，再加上风应力、地转偏向力、引潮力等作用而形成的大规模相对稳定的流动，它是海水的普遍运动形式之一。洋流对海洋中多种物理过程、化学过程、生物过程和地质过程，以及海洋上空的气候和天气的形成及变化，都有影响和制约的作用。目前洋流监测手段包括：(1)利用卫星高度计数据间接反演地，该方法仅适用于百公里尺度的大洋环流的测量，对于中国海大陆架浅海区域的海表流场不适用；(2)利用时间序列卫星红外(或可见光)图像，用特征跟踪或模式识别方法提取海表流场，该方法受限于晴空卫星光学图像以及较为明显的图像特征；(3)使用编队卫星进行顺轨干涉实现洋流的测量，德国TanDEM编队SAR卫星实现了洋流高分辨率直接测量。由于洋流测速精度要求高，目前尚无在轨运行的单星实现洋流直接测量系统。星载SAR沿航迹干涉技术从原理上讲有三种方案：重复轨道干涉、单星双天线干涉和分布式卫星干涉。重复轨道干涉由于满足干涉需要的基线条件难于保证，因而效率低，无法获得连续稳定的雷达干涉数据产品；分布式卫星干涉形成的基线稳定，容易获得较长的基线，可以获得较高的干涉测量精度，但是需要多颗卫星编队组网，任务难度高，技术复杂；单基线双天线干涉的基线由刚性结构形成，飞行一次就可获取有效干涉数据。对于低波段干涉SAR，双天线系统固有的基线较短的特点，使得干涉测量精度受到限制。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有单星星载SAR干涉测量方式无法满足洋流测速精度要求；为解决所述问题，本专利技术提供Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法。本专利技术提供Ka波段沿航迹干涉SAR系统，包括：搭载于卫星的发射天线，和同一星上分别位于发射天线两侧的第一接收天线和第二接收天线，天线的工作波段为Ka波段，所述第一接收天线、第二接收天线质心的连线平行于卫星航迹，采用单轨一发双收沿航迹干涉模式进行星下洋流测速，所述沿航迹干涉SAR系统的工作视角为7～15°；所述发射天线依次向星下两侧区域发射脉冲信号，所述第一接收天线、第二接收天线同时接收脉冲信号回波；所述发射天线、第一接收天线、第二接收天线采用有源相控阵天线，第一接收天线、第二接收天线距离向有4个孔径，各个孔径配置单独的天线接收网络。本专利技术还提供所述Ka波段沿航迹干涉SAR系统的工作方法，包括：步骤一、发射天线向星下任意侧发射Ka波段脉冲信号；发射天线两侧的第一接收天线和第二接收天线同时接收脉冲信号回波；所述第一接收天线、第二接收天线上的各个孔径单独接收脉冲信号回波；步骤二、发射天线在同一距离指向向星下另外一侧发射Ka波段脉冲信号；发射信号两侧的第一接收天线和第二接收天线同时接收脉冲信号回波。本专利技术的优点包括：采用Ka波段为工作波段，由于波长较短，相比其它波段，要获取相同的干涉测量精度，系统所需的干涉基线长度仅为传统低频段干涉SAR系统的几分之一。因此，在Ka波段只需在单颗卫星上同时搭载两部SAR天线就可实现干涉测量，两部SAR天线之间通过可以收拢的天线支撑臂连接。相比分布式卫星SAR，Ka波段单星干涉SAR系统大大节约了卫星成本和任务开支。距离向接收天线采用多个孔径分别单独接收脉冲信号回波，采用DBF-SCORE技术可以合成高增益的窄波束实现对回波的接收，从而提高系统的接收增益，在保证系统信噪比的前提下降低系统的发射功率需求。解决了对于Ka波段的毫米波SAR系统在大气传播中的损耗要比其它低波段大气损耗强，对系统的功率增益需求更大的问题。综上所述，Ka波段沿航迹干涉SAR系统能够以单星为载体，实现小尺度高精度的洋流速度测量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的Ka波段沿航迹干涉SAR系统的工作示意图；图2为本专利技术实施例提供的Ka波段沿航迹干涉SAR系统距离向采用DBF-SCORE接收回波的工作示意图；图3为本专利技术实施例提供的Ka波段沿航迹干涉SAR系统工作视角范围内的地距分辨率仿真结果。具体实施方式下文中，结合附图和实施例对本专利技术的精神和实质作进一步阐述。由
技术介绍
可知，传统的卫星高度计无法满足洋流测速精度的要求，星载SAR沿航迹干涉技术测速或者需要多颗卫星组网测量，系统复杂难度高，或者单星测量精度受限。申请人针对上述问题进行分析，在本专利技术中提供一种可以满足洋流测速精度要求的Ka波段沿航迹干涉SAR系统及其工作方法。如图1所示，本专利技术所提供的Ka波段沿航迹干涉SAR系统包括搭载于卫星的发射天线，和同一星上，分别位于发射天线两侧的第一接收天线1和第二接收天线2，所述第一接收天线1和第二接收天线2的质心的连线平行于卫星航迹，采用单轨一发双收沿航迹干涉模式测量洋流速度。所述第一接收天线1和第二接收天线2之间通过可以收拢的天线支撑臂连接，天线的工作波段为Ka波段。本专利技术实施例提供的Ka波段沿航迹干涉SAR系统的干涉相位的表达式为：其中，B为干涉基线长度，vr为目标的径向速度，λ为波长，Vp为卫星移动速度。由上式可以发现，随着波长的减小，系统对干涉相位的敏感度越高。因此，选用Ka波段可以降低对基线长度的需求，使得单轨一发双收干涉测量可以获得较高的测量精度。在本实施例中，SAR天线工作频率为35GHz，基线长度在10m以内，百米网格可以达到优于0.1m/s的测速精度。正如本领域技术人员所知道的，在Ka波段，海面的后向散射系数随入射角的增大而迅速减小。为了在保证系统信噪比的同时降低系统代价，本方案采用小工作视角。传统星载SAR系统工作视角一般在20°～50°范围内，本方案设计工作视角小于15°，比如7°～15°，申请人通过大量理论分析和仿真计算，该工作视角范围内，系统可以满足分辨率的要求，并且实现海面的后向散射系数最优。系统工作在小工作视角时，其可以获得的地距分辨率较差，但是本系统用于洋流速度测量，对分辨率的要求与传统SAR系统相比较低。根据洋流速度测量的应用需求，网格分辨率为百米量级，通过系统仿真分析发现，本方案所选取的工作视角可以满足系统对分辨率的要求。图3为本系统工作视角范围内的地距分辨率。本方案采用较小的工作视角，导致系统覆盖范围受限。本方案采用相邻脉冲依次照射星下点两侧的工作方式，同时覆盖星下点两侧的测绘带，从而保证了系统的覆盖能力。本实施例中，发射天线每隔PRT时间发射脉冲信号，发射天线首先发射波束照射星下点左侧(或右侧)区域，两幅沿航迹设置的接收天线接收星下点左侧(或右侧)的回波信号；PRT时间之后发射天线发射波束照射星下点右侧(或左侧)区域，两幅沿航迹设置的接收天线接收星下点右侧的回波信号；再隔PRT(pulserepetitiontime，脉冲重复时间)时间之后发射天线照射星下点左侧(或左侧)区域区域，如此循环完成对星下点两侧区域的覆盖(如图1所示)参考图2，在接收端距离向使用DBF-SCORE技术，距离向DBF模型如图2所示，星载SAR使用有源相控阵天线，接收天线距离向有N个孔径，N为任意自然数，各个孔径配置单独的天线接收网络，相应有N个通道。本实施例中N＝4，研究发现N＝4可以实现系统与效果的最优化配置。接收时各个孔径单独接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ka波段沿航迹干涉SAR系统，包括：搭载于卫星的发射天线，和同一星上分别位于发射天线两侧的第一接收天线和第二接收天线，其特征在于，天线的工作波段为Ka波段，所述第一接收天线、第二接收天线质心的连线平行于卫星航迹，采用单轨一发双收干涉模式进行星下洋流测速，所述沿航迹干涉SAR系统的工作视角为7°～15°；所述发射天线依次向星下两侧区域发射脉冲信号，所述第一接收天线、第二接收天线同时接收脉冲信号回波；所述发射天线、第一接收天线、第二接收天线采用有源相控阵天线，第一接收天线、第二接收天线距离向有4个孔径，各个孔径配置单独的天线接收网络。

【技术特征摘要】
1.Ka波段沿航迹干涉SAR系统，包括：搭载于卫星的发射天线，和同一星上分别位于发射天线两侧的第一接收天线和第二接收天线，其特征在于，天线的工作波段为Ka波段，所述第一接收天线、第二接收天线质心的连线平行于卫星航迹，采用单轨一发双收干涉模式进行星下洋流测速，所述沿航迹干涉SAR系统的工作视角为7°～15°；所述发射天线依次向星下两侧区域发射脉冲信号，所述第一接收天线、第二接收天线同时接收脉冲信号回波；所述发射天线、第一接收天线、第二接收天线采用有源相控阵天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，郑世超，姜漫，孙志强，谢少彪，
申请(专利权)人：王辉，
类型：发明
国别省市：北京,11