一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法技术

本发明专利技术涉及一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，该方法基于星上实时测量基线长度和基线倾角值，作为基线估计初值，基于参考目标的高度信息和干涉成像高度计的观测几何，开展高精度联合估计基线；考虑到双频干涉成像高度计同时工作在Ka频段和Ku频段，在实现场景宽幅覆盖的同时，Ka和Ku频段还存在观测重叠区域，利用重叠区域海面高度值一定，进一步提升在轨基线估计精度。本发明专利技术既发挥Ka频段受到电离层影响小，又发挥Ku频段受对流层(云雨)影响小的优势，进一步提升基线长度估计精度达到亚毫米级，基线倾角精度达到亚角秒级。基线倾角精度达到亚角秒级。基线倾角精度达到亚角秒级。

【技术实现步骤摘要】
一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法


[0001]本专利技术涉及一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，适用于卫星海洋遥感等


技术介绍

[0002]测量海面高度的高度计主要有脉冲星下点高度计、综合孔径星下点高度计、干涉成像高度计。脉冲星下点高度计和综合孔径星下点高度计易于实现高精度测量，但无法实现宽幅测高要求。干涉成像高度计通过干涉相位提取高程，容易实现宽幅测量，同时也可保证高精度。图1给出了干涉测高的示意图，通过测量双天线相位中心到观测P的相位差经过相位解缠绕后得到路径差Δr＝r
1-r2，再根据对干涉基线倾角和长度测量便可得到由B，r1和r2这三条边所对构成的三角形关系，进而便可得到P点的高度测量值h。
[0003]自1973年，美国的Skylab验证了星载雷达高度计的方案以来，测量高度探测卫星精度发展迅速，目前在轨的星下点高度计和综合孔径高度计卫星包括美/法的Jason-2卫星、欧空局的Cryosat-2卫星、印度的Saral卫星、欧空局的Sentinel-3A/B卫星和我国的HY-2A/B卫星。
[0004]海洋环境预报、海面中尺度现象观测对高时效性、大幅宽海面高度测量提出较高要求，为此海面测高向干涉成像高度计体制发展。比较有代表性有美国在研SWOT卫星(地表水与海洋地形)的Ka频段干涉成像高度计、我国天宫二号搭载的Ku频段干涉成像高度计，后续干涉成像高度计逐渐向双频方向发展。基线定义为在地固坐标系下，两副天线相位中心的空间矢量几何关系，基线估计精度是影响成像高度计测高误差的关键因素，为了满足双频干涉成像高度计的高精度基线估计的需求，所以有必要设计一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，满足亚毫米基线长度估计和亚角秒级基线角度估计需求。
[0005]国内专利CN201410630084.7题为一种雷达高度计小入射角干涉的海面高度高精度提取方法，幅宽度大且时空分辨率高，可以应用于洋流、海洋潮汐、涡旋等海洋中小尺度现象的观测，以及近海、海冰冰架、陆地水文的观测。该专利都提出干涉成像高度计测量海面高度的方法，但是未涉及双频段干涉成像高度计及其基线估计方法。国内专利CN201711158570.3题为一种天基干涉成像雷达高度计的干涉定标方法及系统，通过拟合估计解缠相位对雷达视角的敏感性，可将干涉基线和干涉相位偏置的估计分离开来，最终实现基线长度、基线倾角和干涉相位偏置三个参数的完整估计。该专利仅采用信号处理方法进行基线估计，无法满足大幅宽、高精度成像高度计对基线估计的需求。
[0006]所以，有必要基于在轨高精度基线测量和卫星姿态测量值，设计一种面向双频干涉成像高度计的、高精度、星地联合的基线估计方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，解决了双频干涉成像高度计亚毫米基线长度、亚角秒基线角度的参
[0023]α'
0_new
＝α'
0_old
+(-1)
n
·
n
·
Δα'0[0024]B'
0_new
、α'
0_new
分别为变更后的第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度和基线角度，n为调整次数，ΔB'0、Δα'0分别为第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度和基线角度的调整步长。
[0025]所述预设门限δ的取值范围为：δ通常与干涉相位误差有关，通常取小于等于0.01度。
[0026]所述步骤(1.3)中卫星本体坐标系下第一天线几何中心与第二天线几何中心的基线长度B0和基线角度α0通过如下公式计算得到：
[0027][0028]α0＝α
01-α
02
。
[0029][0030]步骤(1.4)中，第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度等于第一天线与第二天线几何中心在卫星本体坐标系下的基线长度B0；第一天线与第二天线几何中心在卫星本体坐标系下的基线角度：
[0031]α'0＝α
0-β
[0032]其中，β为卫星本体XOY平面相对于地固坐标系下大地水准面的姿态转角，通过在轨星敏感器测量得到。
[0033]利用参考目标的观测几何，计算得到参考目标的理论干涉相位Δφ0的具体方法如下：
[0034](1.5.1)、根据参考目标的先验高度信息h、地固坐标系下第一天线几何中心距离地面的高度H1、地固坐标系下第二天线几何中心距离地面的高度H2、雷达下视角θ1、雷达下视角θ2，计算第一天线几何中心的斜距r1、第二天线几何中心的斜距r2；具体计算公式为：
[0035][0036]其中，γ1、γ2分别为第一天线波束中心、第二天线波束中心的入射角
[0037]γ1＝π-arcsin(Re1+H1)/Re1×
sinθ1[0038]γ2＝π-arcsin(Re2+H2)/Re2×
sinθ2[0039]Re1为第一天线星下点对应的地球半径；Re2第二天线星下点对应的地球半径；
[0040](1.5.2)、根据第一天线几何中心的斜距r1、第二天线几何中心的斜距r2，计算参考目标的理论干涉相位Δφ0：
[0041]Δφ0＝-4π
×
(r
1-r2)/λ
[0042]其中，λ为第一天线或第二天线发射信号的波长。
[0043]所述步骤(6)通过干涉成像高度计测量得到参考目标的测量干涉相位Δφ1。
[0044]所述步骤(2)与步骤(1)的方法相同。
[0045]所述第一频段为Ka频段、所述第二频段为Ku频段。
[0046]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0047](1)、本专利技术提出基于在轨高精度基线测量和卫星姿态测量、结合地面高精度基线估计处理的联合基线估计方法，利用双频干涉高度计形成的多基线，有效的保证了亚毫米、亚角秒的高精度基线估计精度，用于进一步提升海面高度测量精度。
[0048](2)、本专利技术考虑卫星高精度姿态对基线倾角的影响，利用在轨高精度姿态测量值，提升了基线倾角的初值精度，进而提升基线估计精度。
[0049](3)、本专利技术采用Ka频段和Ku频段观测重叠区域数据进行基线估计，既发挥Ka频段受到电离层影响小，又发挥Ku频段受对流层(云雨)影响小的优势，进一步提升基线估计精度。
附图说明
[0050]图1是本专利技术实施例双频干涉成像高度计高精度基线估计方法原理图；
[0051]图2是本专利技术实施例双频干涉成像高度计高精度基线估计方法图。
具体实施方式
[0052]下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。
[0053]一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，该方法基于Ku和Ka双频段干涉成像测高体制形成多基线，利用在轨基线测量、高精度星敏感器等辅助设备，开展星地联合基线估计，保证亚毫米、亚角秒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
α'
0_new
＝α'
0_old
+(-1)
n
·
n
·
Δα'0B
′
0_new
、α
′
0_new
分别为变更后的第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度和基线角度，n为调整次数，ΔB'0、Δα'0分别为第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度和基线角度的调整步长。4.根据权利要求2所述的一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，其特征在于所述预设门限δ的取值范围为：δ通常与干涉相位误差有关，通常取小于等于0.01度。5.根据权利要求2所述的一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，其特征在于所述步骤(1.3)中卫星本体坐标系下第一天线几何中心与第二天线几何中心的基线长度B0和基线角度α0通过如下公式计算得到：α0＝α
01-α
02
。6.根据权利要求2所述的一种双频干涉成像高度计高精度基线估计方法，其特征在于步骤(1.4)中，第一天线与第二天线几何中心在地固坐标系下的基线长度等于第一天线与第二天线几何中心在卫星本体坐标系下的基线长度B0；第一天线与第二天线几何中心在卫星本体坐标系下的基线角度：α'0＝α
0-β其中，β为卫星本体XOY平面相对于地固坐标系下大地水准面的姿态转角，通过在轨星敏感器测量得到。7.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，张庆君，刘杰，陆翔，王爱明，李堃，刘红雨，边明明，肖遥，张云华，杨杰芳，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：