反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法技术

本发明专利技术涉及一种反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，用于解决传统方式无法满足反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像的问题。具体的，从卫星成像起始时刻开始，计算Δt间隔后天线波束中心地面足迹点沿地面足迹移动曲线的移动距离，得到Δt间隔后足迹点的位置矢量，其中，天线波束中心地面足迹点沿地面足迹移动曲线做匀速运动，每次迭代时要根据当前分辨率和卫星成像等效斜视角更新天线波束中心地面足迹点的移动速度；遍历所有成像区域，获取不同时刻天线波束中心地面足迹点位置矢量序列并拟合，得到天线波束中心地面足迹移动规律。该方法适用于不同曲线场景及变分辨率成像需求，具有更好的通用新和创新性。新和创新性。新和创新性。

【技术实现步骤摘要】
反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法


[0001]本专利技术属于SAR卫星成像领域，涉及反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法。

技术介绍

[0002]传统SAR卫星主要采用沿平行于卫星飞行轨迹的固定矩形区域成像，且成像分辨率为固定值，其属于点目标成像，主要面向重点区域。对于广域态势感知应用，则需要卫星具备高分辨率、宽覆盖成像能力。尤其对于实际陆地态势感知，需要对公路上车辆行进情况、沿河关键桥梁损毁情况进行成像，为决策提供支持。但通常公路、河流等场景具有延伸长(几十到上百公里)、路线不规则等特点，因此采用传统固定分辨率、广域成像模式进行覆盖，对卫星的能力提出了极高要求。为此，提出了基于反射面SAR卫星的变分辨率蛇形成像模式，其成像覆盖区域可以沿着公路、河流等关键枢纽走势变化；此外，在成像过程中，针对沿线不同目标，可以灵活改变分辨率，如对于桥梁、驻地等可以采用更高分辨率成像，从而可兼顾覆盖区域广度以及关键目标高额分辨率成像需求，提升卫星系统的综合应用效能。
[0003]反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像模式可以有效提升卫星广域态势感知能力，但是其不仅需要天线波束中心地面足迹沿着成像区域移动，同时为了保证变分辨率成像，其还需要天线波束中心地面足迹移动速度随着场景而变化，因此传统采用基于等效旋转点的滑动聚束成像模式天线波束中心地面足迹移动规律失效，需要提出新的设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：针对传统基于等效旋转点的滑动聚束成像模式天线波束中心地面足迹移动策略难以满足反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像难题，提出反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：本专利技术设计反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，主要包括以下5个步骤：
[0006]步骤(1)、根据成像路线，提取天线波束中心地面足迹移动曲线；
[0007]步骤(2)、按应用需求，对天线波束中心地面足迹移动曲线进行分段划分，并设定每段区域的成像分辨率；
[0008]步骤(3)、根据卫星能力和成像场景，设定起始卫星成像等效斜视角θ0和迭代步进间隔时间Δt；所述起始卫星成像等效斜视角θ0表示对于成像路线能够开始成像的起始角度；
[0009]步骤(4)、计算卫星成像起始时刻t0，并获取成像起始时刻t0对应的卫星速度v
s
，其中，卫星成像起始时刻t0即为卫星达到起始卫星成像等效斜视角θ0对应的时刻；
[0010]步骤(5)、从卫星成像起始时刻t0开始，计算Δt时间间隔后天线波束中心地面足迹点沿天线波束中心地面足迹移动曲线的移动距离，进而得到Δt时间间隔后足迹点的位
置矢量R
tar,Δt
，其中，天线波束中心地面足迹点沿天线波束中心地面足迹移动曲线做匀速运动，每次迭代时要更新天线波束中心地面足迹点的移动速度；遍历所有成像区域，获取不同时刻天线波束中心地面足迹点位置矢量序列R
tar,0
,R
tar,Δt
,R
tar,2Δt
,
…
,R
tar,NΔt
，对天线波束中心地面足迹点位置矢量序列进行拟合，获取天线波束中心地面足迹点位置矢量函数，得到天线波束中心地面足迹移动规律。
[0011]进一步的，步骤1将成像路线中心点连线确定的曲线定为天线波束中心地面足迹移动曲线，获取其坐标位置。
[0012]进一步的，步骤(2)在变分辨率区域间需要设定过渡区域，过渡区域的分辨率可根据两端分辨率的差异按照均匀变化方式设定。
[0013]进一步的，步骤(5)中Δt时间间隔后天线波束中心地面足迹点的移动速度v
gΔt
与当前卫星成像等效斜视角以及当前天线波束中心地面足迹点所在区域的成像分辨率有关。
[0014]进一步的，Δt时间间隔后天线波束中心地面足迹点的移动速度v
gΔt
的计算公式如下：
[0015][0016]其中，ρ
i
表示Δt时间间隔后，天线波束中心地面足迹点所在区域的成像分辨率，θ
Δt
表示Δt时间间隔后卫星成像等效斜视角，D为方位向天线长度，k为方位向图和成像处理加权引起的展宽因子。
[0017]进一步的，根据Δt时间间隔后天线波束中心地面足迹点以及卫星的位置矢量、速度矢量和卫星位置矢量、速度矢量，得到θ
Δt
，具体计算公式如下：
[0018][0019][0020][0021][0022]其中，R
s,Δt
表示Δt时刻后卫星位置矢量，V
s,Δt
表示Δt时刻后卫星速度矢量，Α
s,Δt
表示Δt时刻后卫星加速度矢量，R
tar,Δt
表示Δt时间间隔后足迹点的位置矢量，V
tar,Δt
表示Δt时间间隔后足迹点的速度矢量，A
tar,Δt
表示Δt时间间隔后足迹点的加速度矢量，λ为发射信号波长。
[0023]有益效果：
[0024]①
本专利技术基于迭代求解的方式提出了一种反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，解决了传统基于等效旋转点的滑动聚束模式天线波束中心地面足迹移动策略不适用问题；
[0025]②
本专利技术通过不断更新卫星成像等效斜视角，使移动策略适用于不同曲线场景；
[0026]③
本专利技术建立了不同分段的分辨率与地面足迹点之间的关系，使移动策略适用于变分辨率成像需求，具有更好的通用新和创新性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术设计的反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法流程图。
[0028]图2为基于迭代求解的天线波束中心地面足迹移动规律设计流程图。
[0029]图3为反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0031]本专利技术反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，流程图如图1所示，其具体步骤包括：
[0032]1、天线波束中心地面足迹移动曲线位置获取
[0033]根据应用需求，获取成像路线，并将成像路线中心点连线确定的曲线定为天线波束中心地面足迹移动路径，获取其坐标位置。
[0034]在具体实施时，可沿成像路线按照一定距离间隔选取若干个点，并通过拟合得到实际的成像曲线，拟合后的成像曲线在地固坐标系下的位置即可设定为天线波束地面足迹移动曲线位置。移动曲线用于表示成像路线的基本形态，的具体获取有多种方式，此处仅列举了常见方式。
[0035]2、成像路线区域划分与分辨率设定
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，其特征在于：步骤(1)、提取天线波束中心地面足迹移动曲线；步骤(2)、按应用需求，对天线波束中心地面足迹移动曲线进行分段，并设定每段的成像分辨率；步骤(3)、根据卫星能力和成像场景，设定起始卫星成像等效斜视角θ0和迭代步进间隔时间Δt；所述θ0表示对于成像路线能够开始成像的起始角度；步骤(4)、计算卫星成像起始时刻t0，并获取t0对应的卫星速度v
s
，其中，t0即为卫星达到起始卫星成像等效斜视角θ0对应的时刻；步骤(5)、从卫星成像起始时刻t0开始，计算Δt后天线波束中心地面足迹点沿天线波束中心地面足迹移动曲线的移动距离，进而得到Δt后足迹点的位置矢量R
tar,Δt
，其中，天线波束中心地面足迹点沿天线波束中心地面足迹移动曲线做匀速运动，每次迭代时要更新天线波束中心地面足迹点的移动速度；遍历所有成像区域，获取不同时刻天线波束中心地面足迹点位置矢量序列R
tar,0
,R
tar,Δt
,R
tar,2Δt
,
…
,R
tar,NΔt
，对天线波束中心地面足迹点位置矢量序列进行拟合，获取天线波束中心地面足迹点位置矢量函数，得到天线波束中心地面足迹移动规律。2.根据权利要求1所述的反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，其特征在于：进一步的，步骤1将成像路线中心点连线确定的曲线定为天线波束中心地面足迹移动曲线，获取其坐标位置。3.根据权利要求1或2所述的反射面SAR卫星变分辨率蛇形成像天线波束中心地面足迹移动规律设计方法，其特征在于：进一步的，步骤(2)在变分辨率...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，匡辉，于海锋，李梁，张润宁，程晓，何长珊，刘书豪，刘磊，高贺利，安亮，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：