星载脉冲线性调频波雷达测高方法技术

本发明专利技术公开了一种用于绕星球飞行的卫星的星载脉冲线性调频波雷达测高的方法。该方法通过对雷达信号强度、延时等特性的分析，结合星球地面高程数据获取卫星到星球表面的高度信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于星球探测领域，特别是针对星载探地雷达对地高度信息的需要，在不 增加其他载荷的前提下提供准确的高度信息。
技术介绍
近年来，随着人类对宇宙空间探索的逐渐深入，卫星被越来越多地用于对外星球 地形、地貌、地质构造的探测。为实现探测，卫星一般搭载星载探地雷达，使用雷达回波实现 对探测目标的检测和分析。 星载探地雷达在使用过程中需要有卫星高度信息的支持，如果高度不够准确，会 导致开窗时间错误，不能准确采集回波信号，难以实现探测目标，因此需要有比较精确的卫 星高度信息。在目前的火星探测卫星上，有些星载雷达装载有激光测高仪或者Ku、S、C、波 段的测高仪，这需要额外的载荷。
技术实现思路
为了解决卫星轨道高度不精确，本专利技术在不适用其他载荷的前提下提供了一种星 载脉冲线性调频波雷达测高的方法来得到卫星飞行的高度。 (二）技术方案 本专利技术提供一种，用于绕星球飞行的卫星，该 方法包括步骤： 步骤A，根据地面高程数据选择一段平坦地区作为测高起始地区； 步骤B，根据卫星姿态调节雷达天线方向，使天线波束垂直于星球表面； 步骤C，发射脉冲线性调频雷达信号，信号的载频为F，带宽为B，脉冲宽度为T111，脉 冲重复周期（PRT)为T。； 步骤D，根据卫星飞行轨道提供的高度信息R。，估计雷达信号回波返回卫星的时间-，其中c为光速； 步骤E，根据步骤D计算的回波延时时间开窗采集回波信号，采样时间窗多出 20us，前后各留IOus作余量长为1"+20 · 10 6,开始采样时间为τ。-1〇 · 10 6,采样率为Fs ; 步骤F，对步骤E采集的回波信号进行匹配滤波，累加匹配滤波的输出结果，并分 析累加后信号的信噪比SNR ; 步骤G，判断步骤F中输出信号的信噪比是否满足要求，若满足则继续进行下一 步，若不满足则回到步骤B继续进行发射、采集、匹配滤波和累加；以及 步骤Η，根据匹配滤波的结果得到一个脉冲信号，脉冲信号距离采样时间窗起点的 时间为τ i，根据脉冲信号在时间轴上的位置计算从信号采集开始到出现脉冲的时间，结合 步骤E中设定的开窗时间推导出卫星距离星球表面的高度信息〗 根据本专利技术的实施例，该方法还可以包括：步骤I，卫星惯性导航系统可以提供星 球运行的速度 ν'(?)，根据地面高程数据可以得到星下点位置的地形高度变化曲线d(l)，再 结合步骤H计算的高度信息H。，可以实时推导出卫星高度信息h (t)。 根据本专利技术的实施例，该方法还可以包括：步骤J，下一次出现星球表面为平坦地 区时，重复上述步骤得到新的高度信息，校正实时跟踪高度误差。 根据本专利技术的实施例，该方法还可以包括：步骤K，根据记录下来的数据可以做出 卫星飞行的高度轨迹图和地面高程变化图。 (三）有益效果 本专利技术可以在不增加其他载荷的前提下，利用星载探地雷达实现对卫星高度的计 算，并实时跟踪卫星的高度。相比于现有技术，节省了卫星的负重和成本。【附图说明】 图1示意性示出了根据本专利技术实施例的的流 程图； 图2示意性示出了根据本专利技术实施例的的匹 配滤波输出结果图。【具体实施方式】 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合针对火星的具体实 施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。 根据本专利技术的实施例，通过绕火星飞行的卫星上的星载探地雷达发射天线向火星 表面周期地发射脉冲线性调频信号，该信号在传到火星表面时发生反射。接收天线通过预 估发射信号的传输时间，选择适合的开窗时间对回波信号进行采样接收，并通过对雷达回 波信号的延时进行分析，得到卫星的高度信息。 图1示意性示出了根据本专利技术实施例的火星 的流程图。图2示意性示出了该方法中回波信号匹配滤波的输出结果图。参照图1，根据本 专利技术实施例的星载脉冲线性调频波雷达测高的方法的步骤包括： 步骤A，根据火星地面高程数据选择一段平坦地区作为测高起始地区。尽量选取地 形起伏抖动不超过50米，且变化平滑的区域。 步骤B，根据卫星姿态调节雷达天线方向，使天线波束垂直于火星表面。天线波束 垂直于火星表面才可以得到信号强度比较强的回波信号，而且所测的延时才是卫星到火星 表面星下点的延时。 步骤C，发射脉冲线性调频雷达信号，信号的载频为F，带宽为B，脉冲宽度为T111，脉 冲重复周期（PRT)为T。。因此发送的脉冲线性调频雷达信号x(t)为： 其中，t表示时间变量，η为自然数，少为初始相位，信号的载频为F，带宽为B，脉冲 宽度为Tni,脉冲重复周期（PRT)为T。。相位函数为： 对相位求导得到频率函数： 步骤D，根据卫星飞行轨道提供的高度信息R。，估计雷达信号回波返回卫星的时间其中c为光速。卫星在绕火星飞行的过程中会提供卫星的飞行高度信息，但是所 提供的飞行高度信息不够精确，有上千米的误差。因此τ。只是雷达信号发射到接受大概 所需的延时，不够准确，需要做进一步的处理，得到更准确的延时。 步骤Ε，根据步骤D计算的回波延时时间开窗采集回波信号，由于卫星飞行轨道高 度信息不够准确，因此采样时间窗需要比脉冲信号宽度T ni多出20us，前后各留IOus作余 量。因此时间窗长为!"+20 · 10 6,开始采样时间为τ。-1〇 · 10 6。采样率为Fs。 设雷达信号经过的准确延时为τ，其中τ <T。。则回波信号的表达式为：选择的米样时间为：，采样率为Fs。采样点数为：N = Fs · (Tm+20 · 10 6)。得到的离散采样信 号为： 其中，k = 0,1 …N-1。 步骤F，对步骤E采集的回波信号进行匹配滤波，并累加匹配滤波的输出结果，并 分析累加后信号的信噪比SNR。 匹配滤波器为Μ? = -〇:，其中上标*表示取共辄。匹配滤波器的输出函数为 如图2所示，匹配滤波器的输出函数可以近似为一脉冲信号 sout (t) ^Tn- Sinc(Ba-T1)) 将得到的脉冲信号结果存储起来，并且与之前得到的结果进行累加得到累加后的 信号。脉冲的位置s n (t)出现在开当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于绕星球飞行的卫星的星载脉冲线性调频波雷达测高方法，该方法包括步骤：步骤A，根据星球地面高程数据选择一段平坦地区作为测高起始地区；步骤B，根据卫星姿态调节雷达天线方向，使天线波束垂直于星球表面；步骤C，发射脉冲线性调频雷达信号，信号的载频为F，带宽为B，脉冲宽度为Tm，脉冲重复周期PRT为T0；步骤D，根据卫星飞行轨道提供的高度信息R0，估计雷达信号回波返回卫星的时间其中c为光速；步骤E，根据步骤D计算的回波延时，通过时间开窗采集回波信号，因此时间窗长为Tm+20·10‑6，开始采样时间为τ0‑10·10‑6，采样率为Fs；步骤F，对步骤E采集的回波信号进行匹配滤波，累加匹配滤波的输出结果，并分析累加后信号的信噪比SNR；步骤G，判断步骤F中输出信号的信噪比是否满足要求，若满足则继续进行下一步，若不满足则回到步骤B继续进行发射、采集、匹配滤波和累加；步骤H，根据匹配滤波的结果得到一个脉冲信号，脉冲信号距离采样时间窗起点的时间为τ1，根据脉冲的位置计算从信号采集开始到出现脉冲的时间，结合步骤E中设定的开窗时间推导出卫星距离星球表面的高度信息H0=(τ0-10&CenterDot;10-6+τ1)·c2.]]>...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小军，方广有，张文鑫，陈秀伟，柳青，赵博，唐传军，张锋，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11