基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，包括：根据中高轨SAR卫星的轨道参数计算得到定标卫星的轨道参数；根据所述中高轨SAR卫星和定标卫星的轨道参数计算得到定标卫星的标准接收机的参数；根据所述定标卫星的标准接收机的参数设计所述标准接收机；所述标准接收机对所述中高轨SAR卫星发射的信号脉冲串进行采集、处理，得到所述中高轨SAR天线的距离向方向图；其中，所述定标卫星的轨道高度低于所述中高轨SAR卫星，且两者的轨道方向存在交叉。本发明专利技术能够解决中高轨SAR天线距离向方向图测量所面临的测绘带宽，点目标和分布目标方法都难以施测的问题。

Range Direction Pattern Measurement Method for Medium and High Orbit SAR Antenna Based on Calibrated Satellite

The invention discloses a range pattern measurement method for medium-altitude SAR antenna based on calibration satellite, which includes: calculating the orbit parameters of calibration satellite according to the orbit parameters of medium-altitude SAR satellite; calculating the parameters of the standard receiver of calibration satellite according to the orbit parameters of the medium-altitude SAR satellite and the calibration satellite; and according to the parameters of the standard receiver of the calibration satellite. The standard receiver is designed to collect and process the signal pulse train transmitted by the medium-high orbit SAR satellite, and obtain the range direction pattern of the medium-high orbit SAR antenna, in which the orbit height of the calibration satellite is lower than that of the medium-high orbit SAR satellite, and the orbital directions of the two satellites are intersected. The invention can solve the problems of mapping bandwidth faced by range pattern measurement of medium and high orbit SAR antenna, and that point target and distributed target methods are difficult to measure.

【技术实现步骤摘要】
基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法
本专利技术属于雷达对地观测
，具体涉及一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图的测量方法。
技术介绍
星载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar：SAR)是一种重要的对地观测传感器，星载SAR需要进行严格的在轨辐射定标，确保其相对和绝对辐射精度，才能将SAR图像的灰度转换为地物后向散射信息定量应用，其中星载SAR天线的距离向天线方向图测量是影响SAR图像相对辐射精度的最重要因素。任何天线距离向方向图的测量方法都需要雷达截面积(RadarCrossSection：RCS)或后向散射特性已知的定标参考目标。传统定标卫星技术(也称雷达定标卫星)将卫星作为载体无源定标器作为载荷可用于地基雷达的RCS标定，不能用于天线方向图测量。早期的星载SAR采用基于点目标方法，即利用雷达截面积已知有源或无源定标器在整个距离向宽度(测绘带宽)排布的阵列作为定标参考目标来完成天线距离向方向图测量；目前的星载SAR普遍基于分布目标的方法，即利用大面积后向散射系数已知且稳定的热带雨林(如亚马逊热带雨林)作为定标参考目标来完成距离向天线方向图测量。然而对于中高轨SAR(中轨轨道高度约1000km到20000km，高轨轨道高度在20000km以上)，现有的星载SAR距离向天线方向图测量存在以下问题：(1)对定标器的RCS要求高，一般要求65～70dB，造成基于点目标的方法需要研制高RCS的无源或有源定标设备，目前无源和有源定标设备一般在60dB以内，高RCS的定标设备存在成本、体积、功耗等方面的研制困难；(2)测绘带宽宽，中高轨SAR的测绘带宽可达上千公里，基于分布目标的定标方法难以获得上千公里范围的热带雨林分布目标，而且中高轨SAR一般为地球同步轨道，观测区域相对固定，难以覆盖亚马逊雨林；(3)测量工作量大，即使可研制出高RCS的定标设备，也存在上千公里范围的多台定标设备(一般8到10台)的协同布设等问题，定标试验持续时间往往数月，耗费的人力和物力成本高。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图的测量方法，以解决中高轨SAR天线距离向方向图的测量问题。(二)技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，包括：根据中高轨SAR卫星的轨道参数计算得到定标卫星的轨道参数；根据所述中高轨SAR卫星和定标卫星的轨道参数计算得到定标卫星的标准接收机的参数；根据所述定标卫星的标准接收机的参数设计所述标准接收机；利用所述标准接收机对所述中高轨SAR卫星发射的信号脉冲串进行采集、处理，得到所述中高轨SAR天线的距离向方向图；其中，所述定标卫星的轨道高度低于所述中高轨SAR卫星的轨道高度，且两者的轨道方向存在交叉。在进一步的实施方案中，所述计算得到定标卫星的轨道参数包括：根据所述中高轨SAR卫星和所述定标卫星的轨道高度分别计算两者的空间速度；根据所述中高轨SAR卫星的空间速度得到所述定标卫星相对于所述中高轨SAR卫星的顺轨速度分量；根据所述中高轨SAR卫星的轨道倾角计算得到所述定标卫星的轨道倾角；根据所述定标卫星的顺轨速度和轨道倾角计算得到其相对于所述中高轨SAR卫星的交轨速度分量；根据所述中高轨SAR卫星的距离波束指向和波束宽度计算所述定标卫星的测绘带宽。在进一步的实施方案中，所述定标卫星的顺轨速度分量等于所述中高轨SAR卫星的空间速度。在进一步的实施方案中，所述定标卫星的交轨速度分量VCAL_Across计算公式为：VCAL_Across＝VCAL_S*sin(iCAL-iSAR)其中，VCAL_S为所述定标卫星的空间速度，iCAL为所述定标卫星的轨道倾角，iSAR为所述中高轨SAR卫星的轨道倾角。在进一步的实施方案中，所述计算得到定标卫星的标准接收机的参数包括：根据雷达方程确定所述定标卫星标准接收机的总接收功率；根据所述总接收功率的范围确定所述标准接收机的天线增益和接收通道增益；根据所述定标卫星的测绘带宽计算得到其采集记录时长；根据所述采集记录时长计算所述标准接收机存储的数据量。在进一步的实施方案中，所述设计所述标准接收机包括：基于标准接收机的原理来设计定标卫星的标准接收机天线、射频电路和采集记录单元。在进一步的实施方案中，所述处理所述信号脉冲串得到所述中高轨SAR天线的距离向方向图包括：分别计算所述信号脉冲串的每个接收脉冲的接收功率；根据所述中高轨SAR卫星和所述定标卫星的轨道参数计算所述标准接收机的每个接收脉冲时刻对应的俯仰角和斜距；利用所述俯仰角和斜距对所述每个接收脉冲的接收功率进行斜距校正得到中高轨SAR天线距离向方向图的每个取样值；对相邻的接收脉冲时刻的所述每个取样值取统计平均操作来实现均值滤波；通过曲线拟合得到中高轨SAR天线的距离向方向图。在进一步的实施方案中，所述曲线拟合方法为线性拟合或多项式拟合。(三)有益效果(1)本专利技术以定标卫星作为定标设备的载体，通过较低轨道的定标卫星的交叉轨道设计，利用标准接收机作为定标卫星载荷来测量SAR天线距离向方向图所述的方法，能够解决中高轨SAR天线距离向方向图测量所面临的测绘带宽，点目标和分布目标方法都难以施测的问题；(2)本专利技术中，所述定标卫星一旦发射，则不需要传统点目标方法需要有人值守，定标频次可以由原来的数月缩短到数个轨道周期，而卫星轨道周期一般在数小时之内。因此，本专利技术能够实现中高轨SAR天线距离向方向图无人工参与、高频次测量，提高了测量效率。附图说明图1是本专利技术提供的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图的测量方法的流程图；图2是本专利技术所采用的定标卫星的标准接收机原理框图；图3是依照本专利技术实施例的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图的测量方法的流程图。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。需要提前说明的是，本专利申请中，所述定标卫星的轨道高度低于所述中高轨SAR卫星，且两者的轨道方向存在交叉，其中所述中高轨SAR卫星指轨道高度高于或等于1000km的SAR卫星。还需要说明的是，本专利申请中，顺轨和交轨是相对于中高轨SAR卫星的轨迹来定义的，即与所述中高轨SAR卫星的轨迹平行称为顺轨，与所述中高轨SAR卫星的轨迹垂直称为交轨。如图1所示，图1是本专利技术提供的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图的测量方法的流程图。该方法是以定标卫星作为定标设备的载体，通过较低轨道的定标卫星的交叉轨道设计，利用标准接收机作为定标卫星载荷来测量SAR天线距离向方向图，解决中高轨SAR天线的距离方向图测量问题。该方法包括：步骤101：根据中高轨SAR卫星的轨道参数计算得到定标卫星的轨道参数，该步骤具体包括：步骤1011：根据所述中高轨SAR卫星和所述定标卫星的轨道高度分别计算两者的空间速度；步骤1012：根据所述中高轨SAR卫星的空间速度得到所述定标卫星相对于所述中高轨SAR卫星的顺轨速度分量；步骤1013：根据所述中高轨SAR卫星的轨道倾角计算得到所述定标卫星的轨道倾角；步骤1014：根据所述定标卫星的顺轨速度和轨道倾角计算得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，其特征在于，包括：根据中高轨SAR卫星的轨道参数计算得到定标卫星的轨道参数；根据所述中高轨SAR卫星和定标卫星的轨道参数计算得到定标卫星的标准接收机的参数；根据所述定标卫星的标准接收机的参数设计所述标准接收机；利用所述标准接收机对所述中高轨SAR卫星发射的信号脉冲串进行采集、处理，得到所述中高轨SAR天线的距离向方向图；其中，所述定标卫星的轨道高度低于所述中高轨SAR卫星的轨道高度，且两者的轨道方向存在交叉。

【技术特征摘要】
1.一种基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，其特征在于，包括：根据中高轨SAR卫星的轨道参数计算得到定标卫星的轨道参数；根据所述中高轨SAR卫星和定标卫星的轨道参数计算得到定标卫星的标准接收机的参数；根据所述定标卫星的标准接收机的参数设计所述标准接收机；利用所述标准接收机对所述中高轨SAR卫星发射的信号脉冲串进行采集、处理，得到所述中高轨SAR天线的距离向方向图；其中，所述定标卫星的轨道高度低于所述中高轨SAR卫星的轨道高度，且两者的轨道方向存在交叉。2.根据权利要求1所述的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，其特征在于，所述计算得到定标卫星的轨道参数包括：根据所述中高轨SAR卫星和所述定标卫星的轨道高度分别计算两者的空间速度；根据所述中高轨SAR卫星的空间速度得到所述定标卫星相对于所述中高轨SAR卫星的顺轨速度分量；根据所述中高轨SAR卫星的轨道倾角计算得到所述定标卫星的轨道倾角；根据所述定标卫星的顺轨速度和轨道倾角计算得到其相对于所述中高轨SAR卫星的交轨速度分量；根据所述中高轨SAR卫星的距离波束指向和波束宽度计算所述定标卫星的测绘带宽。3.根据权利要求2所述的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，其特征在于，所述定标卫星的顺轨速度分量等于所述中高轨SAR卫星的空间速度。4.根据权利要求2所述的基于定标卫星的中高轨SAR天线距离向方向图测量方法，其特征在于，所述定标卫星的交轨速度分量VCAL_Across计算公式为：VCAL_Across＝VCAL_s*sin(iCAL...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，郑巧娜，洪峻，丁赤飚，朱勇涛，李亮，杜少岩，
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