【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及星载sar重轨干涉，具体是涉及基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法。
技术介绍
1、星载合成孔径雷达干涉技术(synthetic aperture radar interferometry,insar)的出现克服了对地观测中形变监测的困难，具有空间分辨率高、重复通过周期短、观测面积大等优点，其条带模式下可以具有超过几十公里的成像观测幅宽。同时，insar系统可以全天候、全天时、大范围地实现成像和信息获取，不受云雨等目标的遮挡和影响，相比红外和可见光成像技术，具有明显的优势。insar不仅包含了后向散射振幅信息，还包含了干涉相位信息。因此，该技术可以为全球地形测绘、树高反演、土壤水分反演、全球林业研究等提供高分辨率、高精度的数据。
2、而星载重复轨道干涉(简称重轨干涉)insar是在星载insar成像技术基础上的进一步应用，目前在全球范围的高程测绘和形变测量中起到关键作用。结合多轨数据共同反演地表三维形变信息或进行大范围形变监测，重轨干涉insar使用从紧密间隔的重复轨道中的雷达探测器获取的数据，进行杂波辨别和表面/地下坡度估计。该方法利用跨轨道信号迁移来区分非最低点杂波和在最低点接收到的地下信号返回，利用同一传感器不同时间的重复配置获取立体图像信息。
3、重轨干涉需要卫星对同一成像区域进行至少两次的重复观测，且对观测角度、基线长度有着严格的要求。然而，由于全球观测的需求，卫星的重访周期通常在十几天到几十天之间。在这个过程中，卫星受到多种摄动因素的影响，例如大气阻力、地球的非球形引力以
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：目前国内外相对缺乏单星重轨干涉的轨控策略研究。
2、本专利技术建立了一种将卫星相邻两次飞行轨迹作为“参考卫星”和“观测卫星”的虚拟编队系统，将编队动力学领域的理论引入重轨干涉轨控问题中。实现以有效垂直基线为评价指标的单星或多星重轨干涉轨控，能够减少计算量，有望引用至实际重轨干涉卫星的轨道控制中。
3、为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：
4、基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，包括以下步骤：
5、s1、基于偏心率矢量和相对倾角，建立重轨干涉的参考-观测虚拟编队模型，确定从星相对于主星的运动关系；
6、s2、基于目标探测区域纬度和星下点纬度与轨道根数的几何关系，得到目标探测区域纬度与有效垂直基线的关系，确定参考-观测卫星的虚拟编队有效垂直基线；
7、s3、以有效垂直基线为评价指标，得到适用于单星、多星重轨干涉的面内/面外轨控策略。
8、作为本专利技术的一个方面，步骤s1中，建立重轨干涉的参考-观测虚拟编队模型的方法为：
9、s1-1、引入参考-观测卫星虚拟编队，参考-观测卫星虚拟编队由观测卫星和参考卫星组成，观测卫星为将当前轨的卫星位置，参考卫星为前一轨的卫星位置，通过相对轨道控制手段获取和保持垂直基线构形，并将参考卫星作为主星，将观测卫星作为从星；
10、s1-2、在轨道平面内以偏心率矢量描述参考-观测虚拟编队模型，在垂直轨道平面内以相对倾角描述参考-观测虚拟编队模型；得到重轨干涉的参考-观测虚拟编队模型；
11、确定从星相对于主星的运动关系的方法为：
12、在参考-观测虚拟编队模型的基础上，建立rtn坐标系，从卫星飞行的径向r、法向t和迹向n三个方向分析卫星的运动状态，其中径向r由从地心指向卫星，法向t由卫星角动量方向，迹向n指向卫星运动方向，径向r、法向t和迹向n的关系为t＝n×r，
13、设定观测卫星的实际位置与上一轮轨道的参考位置偏差，即从星相对于主星的运动关系的表达公式为：
14、δr＝robser-rrefer＝δrrer+δrnen+δrtet，
15、其中，er为rtn坐标系中径向r的单位矢量，et为rtn坐标系中法向t的单位矢量，en为rtn坐标系中径向r的单位矢量，δr为相对位置矢量，robser为参考卫星位置矢量，rrefer为观测卫星位置矢量，δrr为相对位置矢量r向分量，δrn为相对位置矢量n向分量，δrt为相对位置矢量t向分量。
16、说明：步骤s1-2建立相对偏心率/倾角矢量是为了明确动力学模型公式的设计变量，即描述动力学模型公式右边；步骤s1-3建立rtn坐标系是为了将基线矢量投影至三个分量方向中，即描述动力学模型公式左边。
17、作为本专利技术的一个方面，步骤s1-2中，在轨道平面内以偏心率矢量描述参考-观测虚拟编队模型的方法为：
18、在轨道平面内，采用偏心率矢量描述轨道面内模型，其中，δe为偏心率矢量，δex为相对偏心率的x分量，δey为相对偏心率的y分量，δe为相对偏心率，为星下点纬度，
19、在垂直轨道平面以相对倾角描述参考-观测虚拟编队模型的方法为：
20、在垂直轨道平面内，以相对倾角矢量描述垂直轨道平面模型，其中，δi为相对倾角矢量δix为相对倾角的x分量，δiy为相对倾角的y分量，θ为相对倾角矢量的相位，δω为相对升交点赤经，δi为相对轨道倾角，i为轨道倾角。
21、说明：重轨干涉在几何上包含升轨-升轨、升轨-降轨、降轨-降轨、降轨-升轨多种情况，若同时考虑多星重轨干涉的4种两两升降轨组合，将进一步增大多星重轨干涉轨控的计算量。而采用参考-观测卫星虚拟编队讨论重轨干涉，只需讨论参考-虚拟卫星的相对轨道位置，在几何上具备便捷性。同时，采用相对偏心率/倾角矢量描述参考-观测虚拟编队动力学模型，能够有效避免近圆轨道的奇异性。
22、作为本专利技术的一个方面，基于目标探测区域纬度和星下点纬度与轨道根数的几何关系，得到目标探测区域纬度与有效垂直基线的关系，确定参考-观测卫星的虚拟编队有效垂直基线包括以下步骤：
23、s2-1、建立虚拟编队内部相对运动的动力学模型；
24、s2-2、基于星下点纬度与轨道根数的几何关系，得到目标探测区域纬度与有效垂直基线的关系式，从而得到与有效垂直基线相关的设计参数，设计参数包括相对半长轴、相对偏心率和相对轨道倾角，基于设计参数对有效垂直基线空间纬度分布的影响规律确定参考-观测卫星的虚拟编队有效垂直基线。
25、说明：将步骤s1-3中建立的相对偏心率/倾角矢量描述的相对位置分解至rtn方向，便于设计针对于有效垂直基线设计参数的轨控策略。
26、作为本专利技术的一个方面，动力学模型的模型公式为：
27、
28、上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立重轨干涉的参考-观测虚拟编队模型的方法为：
3.如权利要求2所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤S1-2中，在轨道平面内以偏心率矢量描述参考-观测虚拟编队模型的方法为：
4.如权利要求1所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述基于目标探测区域纬度和星下点纬度与轨道根数的几何关系，得到目标探测区域纬度与有效垂直基线的关系，确定参考-观测卫星的虚拟编队有效垂直基线包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述动力学模型的模型公式为：
6.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤S2-1中，星下点纬度与轨道根数的几何关系为：
7.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干
8.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述设计参数对有效垂直基线空间纬度分布的影响规律为：在升轨和降轨两个方向中心对称分布，形成纺锤形空间分布图像；相对半长轴使有效垂直基线的分布产生中心漂移，但分布图形状不变；相对偏心率使有效垂直基线的分布产生纵向变形，但分布图中心不变；相对轨道倾角使有效垂直基线的分布产生横向变形，但分布图中心不变。
9.如权利要求1所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述以有效垂直基线为评价指标，得到适用于单星、多星重轨干涉的面内/面外轨控策略包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述计算得到重轨干涉n星的轨控脉冲包括以下循环步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤s1中，建立重轨干涉的参考-观测虚拟编队模型的方法为：
3.如权利要求2所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤s1-2中，在轨道平面内以偏心率矢量描述参考-观测虚拟编队模型的方法为：
4.如权利要求1所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述基于目标探测区域纬度和星下点纬度与轨道根数的几何关系，得到目标探测区域纬度与有效垂直基线的关系，确定参考-观测卫星的虚拟编队有效垂直基线包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述动力学模型的模型公式为：
6.如权利要求4所述的基于有效垂直基线的单星或多星重轨干涉轨控方法，其特征在于，所述步骤s...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，丁纪昕，陈娟，王帅雷，梅名宣，白雪，李林澄，孙秀聪，王海了，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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