星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法及系统，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星遥感
，具体地，涉及一种星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法及系统
。

技术介绍

[0002]卫星遥感是指从地面到空间各种对地球
、
天体观测的综合性技术系统的总称
。
可从遥感技术平台获取卫星数据
、
由遥感仪器以及信息接受
、
处理与分析
。
遥感技术是
20
世纪
60
年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集
、
处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术，通过遥感技术，可查询到高分一号
、
高分二号
、
资源三号等国产高分辨率遥感影像
。
遥感技术是正在飞速发展的高新技术，它已经形成的信息网络，正时时刻刻
、
源源不断地向人们提供大量的科学数据和动态信息
。
遥感影像是指记录各种地物电磁波大小的胶片或照片，主要分为航空相片和卫星相片
。
遥感卫星系统利用空间轨道平台，通过光学相机
、
合成孔径雷达
、
数据处理与传输系统等有效载荷，在控制
、
测控
、
数管
、
电源
、
热控
、
推进等平台分系统的支撑下对目标对象发射或反射的电磁波信息进行记录，形成遥感数据，输出相应的遥感图像产品
。
[0003]对于搭载平面遥感天线的卫星，为了实现高精度相干成像，在成像算法上对影响卫星成像的相位变化精度的要求也愈加严格，导致天线的相位中心位置及其稳定性对卫星系统成像精度的影响也越来越多地受到研究人员的关注
。
[0004]平面遥感天线的相位中心是天线的电气基准点，出于高分辨率成像和运动补偿的需要，为了保证卫星特定的成像分辨能力，要求各通道对应的天线相位中心位置精确可知
。
相位中心的位置精度要求需要达到亚毫米级，对于实际的星载平面遥感天线，由于加工工艺
、
安装误差
、
测量误差等因素的影响，在卫星地面测试与总装阶段，需要对星载的平面遥感天线的相位中心位姿进行标定
。
如果不经过测量和补偿，该要求在工程实现中往往难以实现
。
特别是天线装星后复杂的边界条件不可避免地要引入天线相位中心的误差，因此，如何高精度标定平面遥感天线的相位中心位姿成为难点
。
[0005]在公开号为
CN114879187A
的中国专利文献中，公开了一种多维度合成孔径雷达配准方法及装置，包括：获取多维度合成孔径雷达系统在一次飞行中得到的多波段回波数据集合，利用回波数据中的内定标数据，计算各个波段的采样延迟修正值；利用位置和姿态数据生成各个波段的参考轨迹，无法解决上述问题
。
[0006]在公开号为
CN110174639B
的中国专利文献中，公开了一种准确提取干涉仪天线阵列单元相位中心的方法，包括：根据辐射源和待测天线单元的位置
、
转台位置等信息，计算待测天线单元
B
点接收到的辐射源
A
点电场得到
A、B
两点之间的相位差；记录鉴相器测量的
AB
之间未对
360
°
取模运算的相位差，从测试数据中读取极大值，无法解决上述问题
。
[0007]在公开号为
CN113239524B
的中国专利文献中，公开了一种基于移动旋转参考系法的电扫阵列天线相位中心仿真评估方法，包括：建立了扫描参考坐标系，无论波束如何扫描
变化，都能保证完整获得主瓣内
E
面和
H
面的远场数据，便于确定任意实际扫描角度下天线的相位中心，无法解决上述问题
。
[0008]在公开号为
CN114624521A
的中国专利文献中，公开了一种天线相位中心的快测方法，包括：利用标准天线量测待测天线在立体角范围所对应的相位中心，定义该立体角的一坐标原点到该立体角所涵盖的一球面范围的几何中心点的一直线方向，利用该标准天线量测该待测天线在该第一角度方向的一第一电场相位以及在该第二角度方向的一第二电场相位，无法解决上述问题
。
[0009]在公开号为
CN110618408B
的中国专利文献中，公开了一种精密测距系统天线相位中心的系统标定方法，包括：在微波暗室环境中搭建精密测距系统天线相位中心标定系统建立被测天线的天线机械坐标系和被测天线对应的二维转台坐标系计算被测天线的精密测距系统与基准天线的精密测距系统之间的距离设计二维转台的转动轨迹，并对方位角和俯仰角度进行测量，无法解决上述问题
。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法及系统
。
[0011]根据本专利技术提供的一种星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，包括如下步骤：
[0012]步骤
S1
：建立天线相位中心位姿转换数学模型；
[0013]步骤
S2
：标定天线相位中心暗室，建立天线电气基准与光学基准棱镜的关系；
[0014]步骤
S3
：建立光学基准棱镜与天线机械基准的位置关系；
[0015]步骤
S4
：天线装星后，建立天线机械基准相位与卫星基准的关系；
[0016]步骤
S5
：根据步骤
S1
所述数学模型，建立天线相位中心与卫星基准的关系
。
[0017]优选的，所述步骤
S1
包括以下子步骤：
[0018]步骤
S1.1
：在星体和天线上分别建立并固连坐标系，所述并固连坐标系为在星体和天线上分别建立局部坐标系，并分别将星体和天线与该局部坐标系固连，具体的，分别为局部坐标系
C
B
和
C
A
，天线的局部坐标系
C
A
相对星体的局部坐标系
C
B
的位姿变换表示为：
C
A
＝
C
B
·
D
BA
，所述
D
BA
为天线的局部坐标系
C
A
相对星体的局部坐标系
C
B
的位姿变换矩阵；
[0019]步骤
S1.2
：对天线的相位中心进行位置度测量；
[0020]步骤
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1
：建立天线相位中心位姿转换数学模型；步骤
S2
：标定天线相位中心暗室，建立天线电气基准与光学基准棱镜的关系；步骤
S3
：建立光学基准棱镜与天线机械基准的位置关系；步骤
S4
：天线装星后，建立天线机械基准相位与卫星基准的关系；步骤
S5
：根据步骤
S1
所述数学模型，建立天线相位中心与卫星基准的关系
。2.
根据权利要求1所述的星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，所述步骤
S1
包括以下子步骤：步骤
S1.1
：在星体和天线上分别建立并固连坐标系，分别为局部坐标系
C
B
和
C
A
，天线的局部坐标系
C
A
相对星体的局部坐标系
C
B
的位姿变换表示为：
C
A
＝
C
B
·
D
BA
，所述
D
BA
为天线的局部坐标系
C
A
相对星体的局部坐标系
C
B
的位姿变换矩阵；步骤
S1.2
：对天线的相位中心进行位置度测量；步骤
S1.3
：对天线相位中心相对卫星基准坐标系进行姿态测量；步骤
S1.4
：计算天线相位中心相对卫星基准坐标系的位姿数据
。3.
根据权利要求2所述的星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，根据位姿变换包括沿各自坐标系
X、Y、Z
轴的基本平移变换
T
X
、T
Y
、T
Z
和绕
X、Y、Z
轴的基本旋转变换
R
X
、R
Y
、R
Z
，所述位姿变换矩阵
D
BA
表示为
D
BA
＝
T
Z
T
Y
T
X
R
Z
R
Y
R
X
；式中：式中：式中：其中
Δ
X、
Δ
Y、
Δ
Z
分别为沿
X、Y、Z
轴的位置偏差值；
Δ
x、
Δ
y、
Δ
z
分别为绕
X、Y、Z
轴的角度偏差值
。4.
根据权利要求1所述的星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，所述步骤
S2
包括以下子步骤：步骤
S2.1
：将天线放入暗室测量系统进行相位中心标定测试，测得天线本体坐标系下的天线相位中心位置
S1；步骤
S2.2
：在天线框架上安装基准棱镜，建立基准棱镜坐标系，通过光学测量的方法测得天线本体坐标系和基准棱镜坐标系之间的角度变换矩阵
M1和位置变换矩阵
M2；
步骤
S2.3
：计算基准棱镜坐标系下的相位中心位置
S2，
S2＝
M1·
S1+M2。5.
根据权利要求1所述的星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，所述步骤
S3
包括以下子步骤：步骤
S3.1
：在天线框架四角分别布置
12
个基准块，所述天线框架在
X
轴和
Y
轴方向上对称设置，在
Z
轴方向上处于同一平面；通过
X、Y
和
Z
三坐标测量机测量出天线框架中心的坐标，以天线框架中心为原点建立天线本体坐标系
O
′
X
′
Y
′
Z
′
；步骤
S3.2
：采用激光跟踪仪测量卫星星体结构顶板四角处的基准块，拟合出激光跟踪仪坐标系
R
J
下的星体结构顶板中心坐标
R
J0
、
向量
y
和向量
z
；或者，拟合出激光跟踪仪坐标系
R
J
下的星体结构顶板中心坐标
R
J0
、
向量
x
和向量
z
；建立的卫星基准坐标系记为
R
L
；步骤
S3.3
：测量天线
X、Y、Z
向3个方向的基准块，每个基准块上测量5个点拟合出
X、Y、Z
基准面，将
X、Y
基准面投影到拟合出的
Z
向基准面求解出天线的几何中心，得出几何中心在坐标系
R
J
下的坐标
R
JSAR
；步骤
S3.4
：采用激光跟踪仪坐标系
R
J
到卫星基准坐标系
R
L
的转换矩阵
Q
，可以获得天线相位中心在卫星基准坐标系的坐标为
Q
·
R
JSAR
'。6.
根据权利要求1所述的星载平面遥感天线相位中心位姿标定方法，其特征在于，所述步骤
S4
包括：当天线装星后，通过光学测量的方法测得基准棱镜坐标系与卫星基准坐标系的位置变换矩阵
M3，卫星基准坐标系下的相位中心位置记为
S
L
，通过坐标转换获得
S
L
＝<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汀，陈筠力，陈重华，陈国忠，刘翠军，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：